1、10.7 靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體,一、導(dǎo)體的靜電平衡,無外場(chǎng)時(shí)，整個(gè)金屬的電量代數(shù)和為零，呈電中性，這時(shí)電子只是作無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)。,、金屬導(dǎo)體的電結(jié)構(gòu),+,2、靜電感應(yīng),當(dāng)把導(dǎo)體放入外電場(chǎng)中，導(dǎo)體中的自由電子就在外電場(chǎng)的作用下，沿著與場(chǎng)強(qiáng)方向相反的方向運(yùn)動(dòng)，從而引起導(dǎo)體內(nèi)部電荷的重新分布現(xiàn)象，這就是靜電感應(yīng)。因靜電感應(yīng)而出現(xiàn)的電荷稱感應(yīng)電荷。,導(dǎo)體內(nèi)部和表面無自由電荷作定向移動(dòng)的狀態(tài),3、導(dǎo)體靜電平衡,a,b,1. 導(dǎo)體靜電平衡的條件, 導(dǎo)體表面,2. 靜電平衡導(dǎo)體的電勢(shì),導(dǎo)體是等勢(shì)體，表面是等勢(shì)面,3、導(dǎo)體靜電平衡,導(dǎo)體內(nèi)部和表面無自由電荷作定向移動(dòng)的狀態(tài),1）實(shí)心導(dǎo)體,實(shí)心帶電導(dǎo)體,結(jié)論：導(dǎo)體內(nèi)部

2、無凈電荷，電荷只分布在導(dǎo)體的外表面,二、靜電平衡導(dǎo)體上電荷的分布,2）空腔導(dǎo)體,空腔內(nèi)無電荷時(shí),電荷分布在表面,若內(nèi)表面帶電，必等量異號(hào),結(jié)論：空腔內(nèi)無電荷時(shí)，電荷分布在外表面, 內(nèi)表面無電荷.,與導(dǎo)體是等勢(shì)體矛盾,空腔帶電導(dǎo)體,空腔內(nèi)有電荷時(shí),結(jié)論: 空腔內(nèi)有電荷+q時(shí)，空腔內(nèi)表面有感 應(yīng)電荷-q，外表面有感應(yīng)電荷+q,+,q,空腔導(dǎo)體,作扁圓柱形高斯面,3）導(dǎo)體表面附近的場(chǎng)強(qiáng)與電荷面密度的關(guān)系,表面電場(chǎng)強(qiáng)度的大小與該表面電荷面密度成正比,導(dǎo)體向外突出的部位曲率越大，面密度越大，場(chǎng)強(qiáng)越大。,對(duì)于孤立球形導(dǎo)體，由于其表面曲率處處相等，因而電荷一定是均勻分布在其外表的。,4）導(dǎo)體表面電荷分布規(guī)律

3、,結(jié)論 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).,帶電導(dǎo)體尖端附近的電場(chǎng)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,尖端放電現(xiàn)象,尖端放電會(huì)損耗電能, 還會(huì)干擾精密測(cè)量和對(duì)通訊產(chǎn)生危害 . 然而尖端放電也有很廣泛的應(yīng)用 .,尖端放電,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,+,+,+,+,+,+,+,雷擊尖端,導(dǎo)體靜電平衡遵循的基本原則: 1.靜電平衡的條件 2.場(chǎng)基本性質(zhì)方程 3.電荷守恒定律,5)、靜電屏蔽,可用導(dǎo)體空腔來保護(hù)內(nèi)部不受外場(chǎng)影響，如所有電氣儀表的表頭外部均有一金屬外殼。,導(dǎo)體空腔也可使空腔內(nèi)部的場(chǎng)對(duì)外界的影響為一恒定值，在外殼接地

4、的情況下，可使金屬殼內(nèi)的場(chǎng)對(duì)外界不產(chǎn)生影響。,總之，導(dǎo)體殼內(nèi)部電場(chǎng)不受殼外電荷的影響，接地導(dǎo)體殼的外部電場(chǎng)不受殼內(nèi)電荷的影響。這種現(xiàn)象稱為靜電屏蔽。,一個(gè)接地的封閉金屬殼，可以起到殼內(nèi)外互不影響的屏蔽作用。,屏蔽外電場(chǎng),空腔導(dǎo)體可以屏蔽外電場(chǎng), 使空腔內(nèi)物體不受外電場(chǎng)影響.這時(shí),整個(gè)空腔導(dǎo)體和腔內(nèi)的電勢(shì)也必處處相等.,接地空腔導(dǎo)體 將使外部空間不受 空腔內(nèi)的電場(chǎng)影響.,接地導(dǎo)體電勢(shì)為零,屏蔽腔內(nèi)電場(chǎng),高壓帶電作業(yè)人員穿的導(dǎo)電纖維編織的工作服,10.7.2 孤立導(dǎo)體的電容,且此常數(shù)只與導(dǎo)體自身的形狀，大小有關(guān)，與導(dǎo)體的電量無關(guān)，也與導(dǎo)體金屬的種類無關(guān)。,其反映的是導(dǎo)體儲(chǔ)存電荷和電能的能力，稱之為

5、電容，即,實(shí)驗(yàn)表明：對(duì)于同一個(gè)孤立的金屬導(dǎo)體，當(dāng)其荷電量增加時(shí)，其電勢(shì)也隨著升高，且電勢(shì)的升高與電量的增加成正比，即,單位：,例 球形孤立導(dǎo)體的電容,地球,一般導(dǎo)體不同，C就不同。,如同容器裝水：,10.7.3 電容器的電容,1、 電容器,）從原則上講：任何兩個(gè)彼此相隔一定距離而又彼此絕緣的 導(dǎo)體組合,）從實(shí)用上講：根據(jù)屏蔽原理所設(shè)計(jì)的彼此絕緣的導(dǎo)體組合,2、 電容器的電容,按形狀：柱型、球型、平行板電容器 按型式：固定、可變、半可變電容器 按介質(zhì)：空氣、塑料、云母、陶瓷等 特點(diǎn)：非孤立導(dǎo)體，由兩極板組成,電容器的分類,電容器的電容為電容器一塊極板所帶電荷q與兩極板電勢(shì)差U的比值 .,電容的大

6、小僅與導(dǎo)體的形狀、相對(duì)位置、其間的電介質(zhì)有關(guān)，與所帶電荷量無關(guān).,注意,3、電容器電容的計(jì)算,（1）設(shè)兩極板分別帶電Q,（3）求兩極板間的電勢(shì)差U,（4）由C=Q/U求C,（2）求兩極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度,例1 平行板電容器的電容,板間為真空時(shí)：,板間充滿某一介質(zhì)時(shí)：,電介質(zhì)減弱了極板間的電場(chǎng)和電勢(shì)差，電容增加到r 倍。,例2 圓柱形電容器的電容,設(shè)兩圓柱面單位長(zhǎng)度上分別帶電,解,平行板電容器電容,筒間充滿某一介質(zhì)時(shí)：,例3球形電容器的電容,設(shè)內(nèi)外球帶分別帶電Q,解,孤立導(dǎo)體球電容,例4. 半徑都是a 的兩根平行長(zhǎng)直導(dǎo)線相距為d (da), 求單位長(zhǎng)度的電容。,解：設(shè)導(dǎo)線表面單位長(zhǎng)度帶電+ , ,單

7、位長(zhǎng)度的電容：,兩線間任意P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)：,x,o,x,8,10.7.4 電容器的串、并聯(lián),耐壓值-電容器兩極板間可以承受的最大電壓,2、電容器的串聯(lián):,1、電容器的性能參數(shù)：電容值-電容的大小,3、電容器的并聯(lián):,例1,平行板電容器,極板面積S,間距d. 在兩板間插入一塊厚d的金屬板,問:電容變?yōu)槎嗌?,解：,視為兩個(gè)電容器的串聯(lián)：,思考,若金屬板的上下位置變化,結(jié)果？,若插入的是介質(zhì)板(r),結(jié)果?,例2,兩個(gè)電容器分別標(biāo)有200pF(電容)、500V(耐壓值)和300pF、900V. 把它們串聯(lián)起來,在兩端加上1000V電壓, 問：它們是否會(huì)被擊穿？,解：,=3/2,U1+U2=1000V,串聯(lián) Q1=Q2, C1U1=C2U2, U1/U2=C2/C1,U1=600V, 電容器1被擊穿,隨后，1000V全加在C2上,電容器2也被擊穿,例3,真空中, 半徑為R1和