05静电场中的导体.ppt

§5. 静电场中的导体 电场(带电球体) 电场(带电球壳) 导体的静电平衡 导体特点：存在自由电荷 (孤立)导体：最终会达到一种状态 内部电场为零; 电荷不再移动; 导体:在外电场作用下 导体内电荷会重新分布; 全部空间的电场分布会改变; 静电平衡状态 导体处于外场中的静电平衡 处于静电平衡状态的导体性质 内部电场为0; 导体是一个等势体; 表面是等势面; 导体表面处场强与表面垂直; 导体上的电荷分布 导体内无净余电荷; 净余电荷分布在表面.有面电荷的分布. （反证法） 面电荷与场强的关系 面电荷与场强的关系 表面电荷分布 电荷分布与表面的曲率有关. 曲率大的地方,电荷较密集; 曲率小的地方,电荷较小; 表面凹进去的地方,电荷更少. 不存在单一函数关系. 尖端放电 高压输电线”放电”;电晕 高压设备:光滑球面电极; 避雷针.(引雷针) 导体壳腔内无带电体 内壁不带电; 内壁上电荷为0 腔内无电场 内壁上电荷密度为0 法拉第圆筒 范德格拉夫起电机 导体壳腔内有带电体 若：腔内电荷q 内表面电荷-q感应电荷 外表面电荷Q+q感应电荷 腔内有电场(只与q相关)腔内非等位区 壳为等位区 腔内电量变化会影响外部 腔内电荷移动不影响外部 导体壳同心导体壳 静电屏蔽 静电屏蔽金属均压服 在高压带电作业中，用金属丝或导电纤维织成的均压服，可以对人体起屏蔽保护作用。 屏蔽、均压作用 分流作用 静电屏蔽意义：间接验证库仑定律 高斯定理可以从库仑定律推导出来的，如果库仑定律中的平方反比指数不等于2就得不出高斯定理。 根据高斯定理，绝缘金属球壳内部的场强应为零，这也是静电屏蔽的结论。 最近的实验结果是威廉斯等人于1971年完成的，指出在式 静电平衡时电荷分布 无限大导体板,电量:Q 对称性 Q/2; 导体达到静电平衡内部电场为0 静电平衡时电荷分布 静电平衡时电荷分布 静电平衡时电荷分布 各板的电荷分布 若左边的导体板接地，如何？ 静电平衡时电荷分布对称性考虑 静电平衡时电荷分布非对称性考虑 静电平衡时电荷分布电位叠加原理的应用 静电平衡时电荷分布接地问题 静电平衡时电荷分布接地问题 静电平衡时电荷分布导体连接 静电平衡时电荷分布 Thanks 静电屏蔽:为了避免外界电场对仪器设备的影响，或者为了避免电器设备的电场对外界的影响，用一个空腔导体把外电场遮住，使其内部不受影响，也不使电器设备对外界产生影响，这就叫做静电屏蔽。空腔导体不接地的屏蔽为外屏蔽，空腔导体接地的屏蔽为全屏蔽。空腔导体在外电场中处于静电平衡，其内部的场强总等于零。因此外电场不可能对其内部空间发生任何影响。若空腔导体内有带电体，在静电平衡时，它的内表面将产生等量异号的感生电荷。如果外壳不接地则外表面会产生与内部带电体等量而同号的感生电荷，此时感应电荷的电场将对外界产生影响，这时空腔导体只能对外电场屏蔽，却不能屏蔽内部带电体对外界的影响，所以叫外屏蔽。如果外壳接地，即使内部有带电体存在，这时内表面感应的电荷与带电体所带的电荷的代数和为零，而外表面产生的感应电荷通过接地线流入大地。外界对壳内无法影响，内部带电体对外界的影响也随之而消除，所以这种屏蔽叫做全屏蔽。为了防止外界信号的干扰，静电屏蔽被广泛地应用科学技术工作中。例如电子仪器设备外面的金属罩，通讯电缆外面包的铅皮等等，都是用来防止外界电场干扰的屏蔽措施。在静电平衡状态下，不论是空心导体还是实心导体；不论导体本身带电多少，或者导体是否处于外电场中，必定为等势体，其内部场强为零，这是静电屏蔽的理论基础。因为封闭导体壳内的电场具有典型意义和实际意义，我们以封闭导体壳内的电场为例对静电屏蔽作一些讨论。（一）封闭导体壳内部电场不受壳外电荷或电场影响。如壳内无带电体而壳外有电荷q，则静电感应使壳外壁带电（如图1）。静电平衡时壳内无电场。这不是说壳外电荷不在壳内产生电场，根发电场。由于壳外壁感应出异号电荷，它们与q在壳内空间任一点激发的合场强为零。因而导体壳内部不会受到壳外电荷q或其他电场的影响。壳外壁的感应电荷起了自动调节作用。如果把上述空腔导体外壳接地（图2），则外壳上感应正电荷将沿接地线流入地下。静电平衡后空腔导体与大地等势，空腔内场强仍然为零。如果空腔内有电荷，则空腔导体仍与地等势，导体内无电场。这时因空腔内壁有异号感应电荷，因此空腔内有电场（图3）。此电场由壳内电荷产生，壳外电荷对壳内电场仍无影响。由以上讨论可知，封闭导体壳不论接地与否，内部电场不受壳外电荷影响。（二）接地封闭导体壳外部电场不受壳内电荷的影响。如果壳内空腔有电荷q，因为静电感应，壳内壁带有等量异号电荷，壳外壁带有等量同号电荷，壳外空间有电场存在（图4），此电场可