Chp導體和電介質(zhì)中的靜電場演示文稿目前一頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點感應電荷極化電荷靜電平衡狀態(tài)相互作用相互影響導體、電介質(zhì)靜電場電荷重新分布電場重新分布目前二頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點

靜電感應(electrostaticinduction):導體內(nèi)的自由電子在外電場影響下,做定向漂移運動，引起導體內(nèi)的電荷重新分布，最終在導體外表面兩端產(chǎn)生等量異號電荷的現(xiàn)象.10.1靜電場中的導體10.1.1導體的靜電平衡+++++++導體球放入后電力線發(fā)生彎曲.

熱平衡特征:

任意微小體積元內(nèi),自由電子負電荷和晶體點陣上的正電荷的數(shù)目相等,整個導體或其中任一部分都顯現(xiàn)電中性.1.金屬導體(conductor)的電結(jié)構(gòu)2.導體的靜電平衡條件目前三頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點導體(帶電或不帶電)靜電感應現(xiàn)象過程：外電場作用下自由電子作宏觀定向運動電荷重新分布由靜電感應產(chǎn)生的正負電荷稱為感應電荷.附加電場自由電子宏觀定向運動停止.靜電平衡狀態(tài)

靜電平衡(electrostaticequilibrium):導體內(nèi)部和表面沒有電荷的宏觀定向運動.目前四頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點3.靜電平衡時導體中的電場特性1)導體內(nèi)部的場強處處為零(否則電子的定向運動不會停止);3)

處于靜電平衡中的導體，其內(nèi)部任意兩點的電勢相等，整個導體為一等勢體，其表面為一等勢面.2)導體表面的場強處處垂直于導體表面(否則電子將會在場強沿表面分量的作用下,做定向運動).-FEE=0E目前五頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點1)實心導體結(jié)論：導體內(nèi)部無凈電荷,電荷只能分布在導體外表面.2)空心導體,空腔內(nèi)無電荷E=0結(jié)論:電荷分布在導體外表面,導體內(nèi)部和內(nèi)表面無凈電荷.10.1.2靜電平衡時導體上的電荷分布1.

靜電平衡時,導體所帶的電荷只能分布在導體的表面,導體內(nèi)部沒有.凈電荷(netcharge):未被中和的正負電荷.E=0++++++++++++++++++++SS目前六頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點E=03)空心導體,空腔內(nèi)有電荷q+q--------++++++++++++++++++++內(nèi)表面感應出結(jié)論:電荷分布在導體內(nèi)外兩個表面,內(nèi)表面帶電荷-q.根據(jù)電荷守恒定律,外表面帶電為:

Q是原導體所帶電荷.2.帶電導體表面附近的場強dSE導體

作高斯面,電場方向如圖,設導體表面電荷面密度為σ,由高斯定理:得S目前七頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點1)靜電平衡時,導體表面附近場強E的大小和該點處電荷面密度成正比.尖端放電(dischargeatsharppoint):

對于有尖端的帶電導體,尖端處電荷面密度大,則導體表面鄰近處場強也特別大.當電場強度超過空氣的擊穿場強時,就會產(chǎn)生空氣被電離的放電現(xiàn)象,稱為尖端放電.2)靜電平衡時,孤立導體表面曲率大的地方(表面突出而尖銳處),電荷面密度也大,反之曲率小的地方也小。目前八頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點尖端放電演示靜電吹燭-++++++++++-++避雷針目前九頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點1)腔內(nèi)沒有電荷空腔導體起到屏蔽外電場的作用.

接地的空腔導體可以屏蔽內(nèi)、外電場的影響.2.靜電屏蔽(electrostaticshielding):

一個接地的空腔導體可以隔離內(nèi)外電場的影響.2)腔內(nèi)存在電荷1.空腔導體q10.1.3靜電屏蔽目前十頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點防靜電屏蔽袋軍用屏蔽帳篷法拉第籠

防電磁輻射屏蔽服目前十一頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點例10.1

有一外半徑R1、內(nèi)半徑R2的金屬球殼,其中放一半徑為R3的金屬球,球殼和球均帶有電量10-8C的正電荷.求:(1)兩球電荷分布;(2)球心的電勢;(3)球殼電勢.R3R2R1解:(1)電荷分布如圖所示球面q,殼內(nèi)表面-q,殼外表面2q++++++++++++++++++++--------3.有導體存在時的E和U分布求解思路：導體上的電荷分布計算分布(方法同前)靜電平衡條件電荷守恒定律目前十二頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點(2)(3)R3R2R1++++++++++++++++++++--------目前十三頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點例10-2.

兩塊導體平板,面積為S,分別帶電q1和q2,兩極板間距遠小于平板的線度.求平板各表面的電荷密度.q1q2BA解:

設四板面密度如圖示.2341由電荷守恒得:

考察A板中一點a,由靜電平衡條件,導體板內(nèi)

Ea=0..a.b同理,B板中一點b:Eb=0.(1)(2)(3)(4)目前十四頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點聯(lián)立(1)(2)(3)(4)解得:q1q2BA++++++++++---------q-q如q2=-q1,結(jié)果如何?q1q2BA2341目前十五頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點真空中半徑為R、帶電量為Q的孤立導體球電勢為10.2電容及電容器可見：導體處于靜電平衡時,U一定,q分布確定;同一U下,導體形狀不同,q不同.定義:

孤立導體的電量Q與其電勢U的比值為孤立導體的電容.單位:法拉“F”10.2.1孤立導體(isolatedinductor)的電容(capacitance)----導體容納電的能力,電容.目前十六頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點由電容定義:則金屬球電勢:

設其帶電量為Q,令U=0計算半徑為R的孤立金屬球的電容物理意義:

導體電勢每升高1個單位所需的電量.

可見電容C

是表征導體容電能力的物理量.與導體本身的形狀、大小和結(jié)構(gòu)有關;與是否帶電無關.目前十七頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點電容器:由電介質(zhì)隔開的兩金屬薄片組成的導體組特點:將電場集中在有限空間電容器的符號:電容器電容:一個極板的電量與兩極板間相應的電勢差之比.1)C

是描述電容器儲電本領的物理量;2)C取決于電容器兩板的形狀、大小、相對位置及中間電介質(zhì)的種類和分布情況;3)q為一個極板所帶電量的絕對值.10.2.2電容器的電容(capacitor)說明:目前十八頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點1.電容器電容的計算步驟:1)假設電容器的兩個極板分別帶+q和-q電荷;2)求兩極板間的電場分布,并由計算兩極板間電勢差UA-UB.3)由定義式計算電容C.10.2.3幾種常見的電容器2.平行板電容器解:

假設電容器帶電量qq+q+++++-----BAESd則目前十九頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點3.圓柱形電容器解：電容器帶電q

選高斯面,應用高斯定理:圓柱形電容器電容：RARBlq-qrh目前二十頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點設極板間距為d,RB

=RA

+d當d<<RA:討論:同理：對于球形電容器,其電容為：同學們試著自行求解.RARBl目前二十一頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點1.電容器的并聯(lián)總電量:等效電容:結(jié)論:

并聯(lián)電容器的等效電容等于個電容器電容之和.2.電容器的串聯(lián)等效電容:結(jié)論:

串聯(lián)電容器的等效電容的倒數(shù)等于各電容的倒數(shù)之和.C1C2C3UC1C2CnU10.2.4電容器的串聯(lián)和并聯(lián)目前二十二頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點10.3靜電場中的電介質(zhì)1.電介質(zhì)(dielectric)的電結(jié)構(gòu)電結(jié)構(gòu)特點:分子中的正負電荷束縛得很緊,介質(zhì)內(nèi)部幾乎沒有自由電荷.10.3.1電介質(zhì)的極化電介質(zhì)(dielectric):電阻率(resistivity)很大,導電能力很差的物質(zhì),即絕緣體.導體:

導電的原因是自由電子.半導體:導電原因是體內(nèi)的空穴和電子對.絕緣體:

導電能力很差.目前二十三頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點2.電介質(zhì)在外電場中的極化(polarize)現(xiàn)象兩類電介質(zhì)分子結(jié)構(gòu):+-C--H+H+H+H+CH4無極分子:正負電荷中心重疊.電介質(zhì)極化:

在外電場的作用下電介質(zhì)表面出現(xiàn)正負電荷的現(xiàn)象.極化電荷或束縛電荷+-O--H+H+H2O-q+q=+有極分子:正負電荷中心分開.目前二十四頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點1)無極分子(nonpolarmolecule)的位移極化(displacementpolarization)±±±±±±±±±±±±±±±+-E0+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-2)有極分子(polarmolecule)的取向極化(orientationpolarization)+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-E0FF+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-無外電場時在外電場作用下在外電場作用下無外電場時目前二十五頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點10.3.2電介質(zhì)對電容器電容的影響U0Q-QQ-Q0Ur實驗發(fā)現(xiàn),Q不變時r稱電介質(zhì)的相對介電常數(shù):只與電介質(zhì)自身的性質(zhì)有關.(1)U0>U

電介質(zhì)降低了電勢.(2)電介質(zhì)增大了電容.目前二十六頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點10.3.3電介質(zhì)中的靜電場電介質(zhì)減弱了場強平板電容器:介質(zhì)中的靜電場E自由電荷極化電荷共同作用產(chǎn)生目前二十七頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點10.3.4電介質(zhì)中的高斯定理真空中的高斯定理：介質(zhì)中的高斯定理：？以平板電容器為例：由：+-++++++------------++++++E目前二十八頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點討論:1)介質(zhì)中的高斯定理有普適性.2)電位移矢量D是一個輔助量.3)描寫電場的基本物理量是電場強度E.4)D

是總場,與q、q有關,其通量僅與

q

有關.

5)特例:真空——特殊介質(zhì).1.電位移矢量(electricdisplacementvector):2.介質(zhì)中的高斯定理:

在任何靜電場中,通過任意閉合曲面的電位移通量等于該曲面所包圍的自由電荷(freecharge)的代數(shù)和.真空中:目前二十九頁\總數(shù)三十四頁\編于十一點1)根據(jù)介質(zhì)中的高斯定理計算出電位移矢量2)根據(jù)電場強度與電位移矢量的關系計算場強本課程只要求特殊情況各向同性電介質(zhì)