静电感应与静电平衡经典教案.ppt

* * §2.3.3 静电场中的导体 一、静电感应与静电平衡 静电感应 —— 在静电场力作用下，导体中电荷重新分布的现象。 导体的静电感应过程 无外电场时 导体的静电感应过程 加上外电场后 E 外 导体的静电感应过程 加上外电场后 E 外 + 导体的静电感应过程 加上外电场后 E 外 + + 导体的静电感应过程 加上外电场后 E 外 + + + 导体的静电感应过程 加上外电场后 E 外 + + + + + 导体的静电感应过程 加上外电场后 E 外 + + + + + 导体的静电感应过程 加上外电场后 E 外 + + + + + + 导体的静电感应过程 加上外电场后 E 外 + + + + + + + 导体的静电感应过程 加上外电场后 E 外 + + + + + + + + 导体的静电感应过程 加上外电场后 E 外 + + + + + + + + + 导体的静电感应过程 加上外电场后 + E 外 + + + + + + + + + 导体的静电感应过程 加上外电场后 + E 外 + + + + + + + + + 导体达到静电平衡 + E + + + + + + + + + E 外 E 感 + = = 内 0 E 外 E 感 静电平衡 —— 导体中电荷的宏观定向运动终止，电荷分布不随时间改变。 静电平衡条件： 用场强来描写： 1. 导体内部场强处处为零； 2. 表面场强垂直于导体表面。 用电势来描写： 1. 导体为一等势体； 2. 导体表面是一个等势面。 金属球放入前电场为一均匀场 E 金属球放入后电力线发生弯曲 电场为一非均匀场 + + + + + + + E 二、静电平衡时导体上的电荷分布 1、实心导体 由于导体内的电场为零，经过导体内任何小体积单元的表面的电场通量恒为零，根据高斯定理指出Σq = 0，因此在导体内各点的净电荷也为零。也即表示在静电平衡下，电荷只分布在导体表面。 结论：电荷分布在导体 表面，导体内部 场强处处为零。 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 2. 空腔导体 （1）腔内无带电体： 当导体壳内没有其他带电体时，在静电平衡下，导体壳的内表面上处处没有电荷，电荷只能分布在外表面。 空腔内没有电场，或者说，空腔内的电势处处相等。 （2）腔内有带电体： 腔体内表面所带的电量和腔内带电体所 带的电量等量异号，腔体外表面所带的电量 由电荷守恒定律决定。 + q 1 q 1 q 1 + q 2 放入 后 q 1 q 2 未引入 时 q 1 3、表面电荷面密度与曲率半径关系 对于形状不规则的带电导体，电荷在外表面的分布是不均匀的。 实验指出：导体表面电荷面密度与曲率半径有关。 (1) 表面凸出曲率半径愈小， 电荷面密度愈大； (2) 表面凸出曲率半径愈大， 电荷面密度愈小； (3) 表面凹进去的地方(曲率为负)， 电荷面密度更小。 三、静电屏蔽 在静电平衡状态下，腔内无其他带电体的导体壳和实心导体一样，内部没有电场。只要达到了静电平衡状态，不管导体壳本身带电或是导体处于外界电场中，这一结论总是对的。 这样，导体壳的表面就“保护”了它所包围的区域，使之不受导体壳外表面上的电荷或外界电场的影响，这个现象称为静电屏蔽。 静电屏蔽的应用 例如：为了使一些精密的电磁测量仪器不受外界电场的干扰，通常在仪器外面加上金属罩。实际上金属外壳不一定要严格封闭，甚至用金属网作成的外罩就能起到相当好的屏蔽作用。 有时要使一个带电体不影响外界，这时可以把这带电体放在接地的金属壳或金属网内。 静电屏蔽原理： 我们假设带电体带正电。有了金属外壳之后，其内表面出现等量的负电荷。由内部带电体出发的电力线就会全部终止在外壳内表面等量的负电荷上，使电力线不能穿出导体壳。这样就把内部带电体对外界的影响全部隔绝了。 + 然而，如果外壳不接地，在它的外表面还有等量的感应电荷，它的电场将对外界产生影响。 *