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文檔簡介
一靜電感應(yīng)靜電平衡條件前面討論了真空中的靜電場。實際上,在靜電場中總有導(dǎo)體或電解質(zhì)(絕緣體)存在,而且在靜電的應(yīng)用中也都要涉及導(dǎo)體和電介質(zhì)的影響。金屬導(dǎo)體由大量的帶負(fù)電的自由電子和帶正電的晶體點陣構(gòu)成。當(dāng)導(dǎo)體不帶電或者不受外電場影響時,自由電子雖可以在金屬導(dǎo)體內(nèi)作無規(guī)則的熱運動,但無論對整個導(dǎo)體或?qū)?dǎo)體中某一個小部分來說,自由電子的負(fù)電荷和晶體點陣的正電荷的總量是相等的,導(dǎo)體呈現(xiàn)電中性。在這種情況下,金屬導(dǎo)體中的自由電子只作微觀的無規(guī)則熱運動,而沒有宏觀的定向運動。若把金屬導(dǎo)體放在外電場中,導(dǎo)體中的自由電子在作無規(guī)則熱運動的同時,還將在電場力作用下作宏觀定向運動,從而使導(dǎo)體中的電荷重新分布。靜電感應(yīng)現(xiàn)象:在外電場作用下,引起導(dǎo)體中電荷重新分布呈現(xiàn)出的帶電現(xiàn)象。在勻強電場中放入一塊金屬板G,在電場力的作用下,金屬板內(nèi)部的自由電子將逆著外電場的方向運動,使得G的兩個側(cè)面出現(xiàn)了等量異號的電荷。于是,這些電荷在金屬板的內(nèi)部建立起一個附加電場,其方向和外電場方向相反。直到導(dǎo)體內(nèi)部E=0。靜電平衡:導(dǎo)體內(nèi)沒有電荷作定向運動,E=0,導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)。+++++++++一靜電感應(yīng)靜電平衡條件感應(yīng)電荷++++++++++++++++++++導(dǎo)體內(nèi)電場強度外電場強度感應(yīng)電荷電場強度++++++導(dǎo)體是等勢體靜電平衡條件(1)導(dǎo)體內(nèi)部任何一點處的電場強度為零;(2)導(dǎo)體表面處的電場強度的方向,都與導(dǎo)體表面垂直.若導(dǎo)體表面處電場強度的方向與導(dǎo)體表面不垂直,則電場強度沿表面將有切向分量,自由電子受到與該切向分量相應(yīng)的電場力的作用,將沿表面運動,這樣就不是靜電平衡狀態(tài)了。導(dǎo)體表面是等勢面導(dǎo)體內(nèi)部電勢相等二靜電平衡時導(dǎo)體上電荷的分布++++++++++結(jié)論:在靜電平衡時,導(dǎo)體內(nèi)部無凈電荷,電荷只分布在導(dǎo)體表面.1實心導(dǎo)體2有空腔導(dǎo)體空腔內(nèi)無電荷電荷分布在表面上內(nèi)表面上有電荷嗎?若內(nèi)表面帶電所以內(nèi)表面不帶電++--結(jié)論:靜電平衡時,空腔內(nèi)無電荷時,電荷分布在外表面上(內(nèi)表面無電荷)++++++++++矛盾導(dǎo)體是等勢體空腔內(nèi)有電荷電荷分布在表面上內(nèi)表面上有電荷嗎?結(jié)論當(dāng)空腔內(nèi)有電荷時,內(nèi)表面因靜電感應(yīng)出現(xiàn)等值異號的電荷,外表面有感應(yīng)電荷(電荷守恒)+++++++++++為表面電荷面密度作錢幣形高斯面
S3導(dǎo)體表面電場強度與電荷面密度的關(guān)系處于靜電平衡時,導(dǎo)體表面電場強度的大小與該表面電荷面密度成正比+++++++++注意導(dǎo)體表面電荷分布與導(dǎo)體形狀以及周圍環(huán)境有關(guān).4導(dǎo)體表面電荷分布規(guī)律帶電導(dǎo)體尖端附近電場最強帶電導(dǎo)體尖端附近的電場特別大,可使尖端附近的空氣發(fā)生電離而成為導(dǎo)體產(chǎn)生放電現(xiàn)象,即尖端放電.陰雨潮濕天氣時常可在高壓輸電線表面附近看到淡藍(lán)色輝光的電暈,就是一種平穩(wěn)的尖端放電現(xiàn)象。尖端放電會損耗電能,還會干擾精密測量和對通訊產(chǎn)生危害.然而尖端放電也有很廣泛的應(yīng)用.靜電除塵和靜電分離。尖端放電現(xiàn)象尖端放電現(xiàn)象的利與弊。<電風(fēng)實驗>++++++++++<避雷針>尖端放電現(xiàn)象的利用避雷針必須可靠接地帶電云避雷針的工作原理++++-----++-+三靜電屏蔽1屏蔽外電場外電場空腔導(dǎo)體可以屏蔽外電場,使空腔內(nèi)物體不受外電場影響.這時,整個空腔導(dǎo)體和腔內(nèi)的電勢也必處處相等.空腔導(dǎo)體屏蔽外電場導(dǎo)體放入電場中,產(chǎn)生靜電感應(yīng),感應(yīng)電荷分布在導(dǎo)體表面,導(dǎo)體內(nèi)和空腔中的E處處為0,故可用空腔來屏蔽外電場,使腔內(nèi)的物體不受外電場的影響。接地空腔導(dǎo)體將使外部空間不受空腔內(nèi)的電場影響.
問:空間各部分的電場強度如何分布?接地導(dǎo)體電勢為零2屏蔽腔內(nèi)電場++++++++
例有一外半徑和內(nèi)半徑的金屬球殼,在球殼內(nèi)放一半徑的同心金屬球,若使球殼和金屬球均帶有的正電荷,問兩球體上的電荷如何分布?球心的電勢為多少?解根據(jù)靜電平衡的條件求電荷分布作球形高斯面作球形高斯面根據(jù)靜電平衡條件導(dǎo)體球上有電荷q,球殼上電量Q,求:1.兩球的電勢和電勢差;2.用導(dǎo)線把球和球殼連接在一起后,求兩球的電勢和電勢差;3.外殼接地,求兩球電勢和電勢差;4.外球離地面很遠(yuǎn),內(nèi)球接地,情況如何?解:1.球面內(nèi)的電勢和球面相同;球面外的電勢和點電荷的電勢相同2.球殼內(nèi)表面的電荷與內(nèi)球上的電荷中和,外殼電量仍為Q+q3.外殼表面電量消失,4.內(nèi)球接地用來解釋課后填空題2題若導(dǎo)體不接地,求感應(yīng)電荷在球心處產(chǎn)生的電場強度及此時球心處的電位。用來解釋課后填空題1.題趙1856-9,程六輔導(dǎo)1777-352.外球接地后的電勢為0.原來分布在外球外表面的電荷由于接地而被中和,因此外表面無電荷分布,外球內(nèi)表面仍分布有-QA,所以外球帶電量為-QA。由于接地后已處于靜電平衡狀態(tài),外球與接地線上都沒有電荷作宏觀的定向移動,因此剪斷接地線重新將外球與地絕緣,不會影響外球的帶電量-QA和電勢0。3.在外球帶電-QA并與地絕緣的情況下,把內(nèi)球接地,則VA=0.同時內(nèi)球的帶電量變?yōu)閝A,因靜電感應(yīng),外球的電荷-QA將重新分布,靜電平衡時,外球內(nèi)表面分布有-qA,
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