大学物理——10单元有导体和介质时的静电场教程.pptVIP

* 第十章 有导体和介质时的静电场 * + + + + + 感应电荷 §10-1 静电场中的导体 导体的静电平衡条件 * + + + + + + + + + + + + * + + + + + + + + 导体内电场强度 外电场强度 感应电荷电场强度 * 导体的静电平衡状态： 导体上任何部分都没有电荷作宏观运动的状态。 导体内部的场强处处为零。 导体的静电平衡条件： 静电平衡时，紧靠导体表面处任一点的场强都垂直于导体表面。 静电平衡时，导体是一个等势体，导体的表面是一个等势面。 推 论 * 带电导体上的电荷分布 + + + + + + + + + + 实心导体 在导体内任意区域作高斯面 因静电平衡时，导体内处处 结论：导体内部处处无净电荷，净电荷只能分布于其外表面。 * 腔内无电荷的空腔导体 电荷分布在外表面上 内表面上有电荷吗？ + + + + + + + + + + + + - - 若内表面带电(等量异号) 结论：电荷分布在外表面上（内表面无电荷） 导体是等势体 内表面不带电 矛 盾 * 腔内有电荷的空腔导体 结论：当空腔内有电荷 +q 时,内表面因静电感应出现等值异号的电荷 -q ，外表面有感应电荷 +q（电荷守恒）。 设导体原已带有电量 Q ，空腔内电荷的电量 q 。 在导体内包围空腔做高斯面 S * + + + + + + + + + + + 为表面电荷面密度 作钱币形高斯面 S 表面电场强度的大小与该表面电荷面密度成正比。 带电导体表面附近的场强 * + + + + + + + + + 注意：导体表面电荷分布与导体形状以及周围环境有关。 导体表面电荷分布 尖端放电现象 * a. 封闭导体壳不论是否接地，内部电场不受壳外电荷影响。 静电屏蔽 ——利用封闭导体壳隔离静电场的影响 b. 接地封闭导体壳外部电场，不受壳内电荷的影响。 腔内 q 位置 变化无影响 腔内 q 电量变化有影响 若不接地 * §10-2 电容器 电容器的电容 电容器：被电介质分隔开的两个相距较近的导体所组成的系统。 电 容： 物理意义：电容器极板间电势差为1单位时，电容器所带的电荷。 单 位：法拉 F * 平板电容器 + + + +++ - - - - - - 两带电平板间的电场强度： 设两导体板分别带电±Q 两带电平板间的电势差 平板电容器电容 * 球形电容器 由半径分别为 R1 和 R2 的两同心金属球壳所组成。 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ * 电 容 ++++ ---- 设两导体圆柱面单位长度上分别带电 圆柱形电容器 * 可见：电容器的电容与两极板的线度、形状和相对位置以及 两极板间的电介质有关，与所带电量无关。 球形电容器 平板电容器 圆柱形电容器 * 电介质的极化 无极分子电介质：（氢、甲烷、石蜡等） 有极分子电介质：（水、有机玻璃等） 电介质在外场作用下，介质表面出现电荷的现象——极化 极化电荷 电介质 无极分子 有极分子 无外场 分子正负电荷中心重合 分子正负电荷中心不重合 有外场 位移极化：正负电荷中心相互错开而引起极化 取向极化：分子偶极子转向引起的极化（有序） §10-3 电介质 * 均匀电介质 真 空 真 空 束缚电荷产生的附加场强 （与 反向） 介质内的合场强 比真空时弱，但不为零。与导体静电平衡截然不同。 * 实验测定：引入均匀电介质后，介质内的场强大小 将削弱 为 的 分之一。 电介质的相对介电常数 电介质的绝对介电常数 真空的 其它电介质的 * 有电介质时的高斯定理 介质内的场强 无介质高斯定理 场强是空间所有自由电荷和极化电荷共同产生，都应考虑。 ——有电介质时的高斯定理 电位移矢量 * 电容器的静电能 某时刻，极板带电 q ，两板电势差 u ，此时要充入 dq ，外力（电源）需作功： 充电过程结束，极板带电 Q，两板电势差 U，充电全过程外力所作的功： 等于电容器充电后储存的能量 §10-4 静电场的能量 * 电场的能量 以平行板电容器为例， V ：电容器极板间电场所占空间的体积 电场能量体密度：单位体积中的电场能。 也适用于非均匀电场 整个非均匀电场总能量 * 例10-1 有一平板电容器，极板面积为 S ，极板间距离为 d ，今将面积也为 S ，厚度为 的铜板平行于极板插入到两极板之间，如图所示。(1) 计算电容器的电容；(2) 将电容器充电到两极板电势差为 U 时断开电源，然后再把铜板从电容