大学物理下第九章静电场中的导体和电介质3.ppt

静电场中的导体,静电平衡,等势体，等势面,导体内部各处净余电荷为零，电荷只能分布在表面,孤立导体,自身带电情况 导体形状 外场的电荷分布,静电平衡条件,电荷守恒定律,高斯定理,讨论、 将一个带电+q，半径为RB的大导体球B移近一个半径为RA而不带电的小导体球A，试判断下列说法是否正确？并说明理由。 （1）B球电势高于A球； （2）以无限远为电势零点，A球的电势UA0 （3）带电的B球在P点的场强等于,（4）在B球表面附近任一点的场强等于,B q,A,UAU = 0,P,例3、已知金属球R、外有点电荷q，距球心为r，求:1）金属球上感应电荷在球心处产生的E及U; 2）若将金属球接地，球上的净电荷为多少？,R,r,q,1）,2）,4、静电屏蔽,1）空腔导体可保护腔内空间，不受腔外带电体的影响,当Q大小或位置改变时， q (感应电荷) 将自动调整，保证上述关系成立。,2）接地空腔导体可保护腔外空间不受腔内带电体的影响,静电屏蔽,例如高压设备都用金属导体壳接地做保护，它起静电屏蔽作用，内外互不影响。,汽车是个静电屏蔽室,二、 电容器(capacitor),1、电容(capacity)导体容电能力大小的物理量,定义：,升高单位电压所需的 电量为该导体的电容。,单位：库仑/伏特 称作法拉,孤立导体的电容与导体的形状有关，与其带电量和电势无关。,微法,微微法,D,C,A,2、电容器的电容：,若两个导体分别带有等量异号的电荷q，周围没有其它导体带电；其间电位差UAB，它们组成电容器的电容：,B,求电容值的三步曲： 1）设q、-q 2）求UAB 3）C=q/UAB,1） 平行板电容器：,平行板电容器间的场强：,常见的几种电容器：,2 ）圆柱形电容器（同轴电缆）：,两个长为 L 的圆柱体，圆柱面上带有等量异号的电荷，其间距离 R2R1L，线电荷密度为 e 。,3）球形电容器：,两个同心的金属球壳带有等量异号电荷q 0,特别是当,当电容器的耐压能力不被满足时，常用电容器的串并联来改善电容器的性能。,电容器的性能指标： 400pf 50V 耐压值该电容器允许承受的最高电压,如串联可提高耐压能力。并联可提高容量。,3、电容器的串联和并联, 并联电容器的电容：,令,串联电容器的电容：,金属板,t d,q -q q -q,x,C1U1=C2U2,U=U1+U2=1000,U1=600V U2=400V,C1先被击穿，尔后C2上被加1000V 也被击穿,U2,U1,C1: 200pf 500V C2: 300pf 900V 串联后会被击穿？,U=1000V,无极分子（Nonpolar molecule） 在无外场作用下整个分子无电矩。 例如，CO2 ,H2 , N2, O2, He,有极分子（Polar molecule） 在无外场作用下存在固有电矩 例如，H2O Hcl CO SO2 因无序排列对外不呈现电性。,电介质的分子的种类：,电子云的 正电中心,三、静电场中的电介质 1、电介质的极化 (dielectric polarization),电介质是由大量电中性的分子组成的绝缘体,甲烷分子,水分子,极化后的效果： 1）在介质表面出现束缚电荷 2）在介质内部束缚电荷产生一个附加场E 3）介质中的场强 E = E0+E E0 介质外的场强则有q0、q共同产生,在外电场中的电介质分子,E,极化后的效果： 1）在介质表面出现束缚电荷 2）在介质内部束缚电荷产生一个附加场E,E,感应电荷,(0),3）介质中的场强 E = E0+E E0 介质外的场强则有q0、q共同产生,极化强度与极化电荷的关系,2、电极化强度矢量,在介质中取一长度为dl，横截面dS 的小圆柱体，该面法向与 成，该体元内部极化可视为是均匀的。它可视为两端具有电荷dS的电偶极子,退极化场,静电场中均匀极化的介质球,S所围的体积内的极化电荷,极化强度与场强的关系,实验表明:,称为电极化率或极化率,令电位移矢量,称为介电常量或电容率，r称为相对介电常数,(电学的辅助量),3、电位移矢量、有电介质时的高斯定律,自由电荷,通过任一闭合曲面的电位移通量，等于该曲面内所包围的自由电荷的代数和。,电介质中的高斯定理,计算步骤：,4、计算原则：场的叠加原理; 介质中的高斯定理 （自由电荷和束缚电荷的分布均有对称性）,解：,例1