大学物理第十章导体和电介质中的静电场讲义.pptVIP

第十章 导体和电介质中的静电场 10-1 静电场中的导体 Electrostatic field in conductor 一、导体的静电平衡 1、金属导体的电结构特征： 2、静电感应：导体在外电场中，其上的电荷重新分布，局部呈带电状态的现象。 具有大量的自由电子。 + + + + + + + + + 感应电荷 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 3、静电平衡：自由电子无定向运动，感应电荷稳定分布。 导体的静电平衡条件 1、导体内部的场强处处为零（内部电子无运动）。 2、导体表面附近紧贴导体外侧处的场强方向垂直表面（沿表面电子无运动）。 整个导体是一等势体，导体表面为一等势面。 推论 (静电平衡状态) + + + + + + + + + + 二、静电平衡时导体上的电荷分布 1、导体净电荷只分布在其外表面 导体内部无电荷 1) 实心导体 2) 有空腔导体 空腔内无电荷 电荷分布在外表面上 + + + + + + + + + + 导体空腔内包围有电荷 Q 内表面有感应电荷?q， 外表面有感应电荷+q + + + + + + + + + + + 作钱币形高斯面 S 2、导体表面电场强度与电荷面密度的关系 导体表面附近的电场强度的大小与该表面电荷面密度成正比 + + + + + + + + + 1）导体表面凸出而尖锐的地方（曲率较大） 电荷面密度较大 2）导体表面平坦的地方（曲率较小） 电荷面密度较小 带电导体尖端附近的电场特别大，可使尖端附近的空气发生电离而成为导体产生放电现象，即尖端放电 3、孤立导体表面电荷按曲率分布 电风实验 + + + + + + + + + + 避雷针 尖端放电会损耗电能, 还会干扰精密测量和对通讯产生危害；然而尖端放电也有很广泛的应用。 三、静电屏蔽 外电场 空腔导体可以屏蔽外电场, 使空腔内物体不受外电场影响。这时,整个空腔导体和腔内的电势也必处处相等。 空腔导体屏蔽外电场 高压带电作业 1、屏蔽外电场 法拉第笼 高压带电作业 接地空腔导体将使外部空间不受空腔内的电场影响 2、屏蔽腔内电场 + + + + + + + + 例题：点电荷+q处在导体球壳的中心，壳的内外半径分别为R1和R2 ，求电场强度和电势的分布。 球壳内表面感应-q ，外表面+q 10-2 电容及电容器 一、电容器 电容 两个能够带等值异号电荷的导体组成的系统叫做电容器 两个极板 电容的大小仅与导体的形状、相对位置、其间的电介质有关，与所带电荷量无关。 电容器的一个极板所带电荷和两极板间的电势差之比，称为电容器的电容。 二、几种常见电容器的电容 1、孤立导体的电容 R 取无穷远处为电势零点，则导体球的电势为： 2、平行板电容器 3、柱形电容器的电容 4、球形电容器 二、电容器的并联和串联 1、并联 2、串联 例题 某种压缩纸板的击穿电压为V0=1.8?104V，现有两个用这种纸板为介质的电容器，电容分别为C1=1.2 ?10-3?F， C2=4.4 ?10-4?F ，串联在一起，如果在这个系统上加V=3.0?104V的电压，问这系统是否会被击穿？ 解： 因为V2 V0，第二个电容器被击穿 第二个电容器被击穿后，全部电压加在第一个电容器上，且V V0，所以第一个电容器也被击穿 无极分子 有极分子 ? + - 一、电介质的极化 polarization 10-3 静电场中的电介质 极化的效果总是在电介质表面出现极化电荷，极化电荷是一种束缚电荷。 无极分子 有极分子 取向极化 位移极化 二、电介质对电容器电容的影响 + + + + + + + - - - - - - - + + + + + + + - - - - - - - 实验测得： （?r为大于1的数） 相对电容率 充入电介质的电容器的电容将变大到原来的?r倍。 三、电介质中的静电场 四、电介质中的高斯定理 E - + - - - - - - + + + + + + - - - - - + + + + + 以平板电容器为例： ？ 自由电荷 极化电荷 ?对高斯定理的几点说明： 1、电位移是为简化计算而引入的辅助矢量。 2、式中虽不显含极化电荷，但已考虑了极化电荷的影响。 3、电场线起于任意正电荷而止于任意负电荷。电位移线起于正的自由电荷而止于负的自由电荷。 4、上式虽然是从特殊情况下导出的，但普遍适用。 E D ?电介质的电容率 有介质时的高斯定理：在静电场中，通过任一闭合曲面的电位移通量等于该闭合曲面内