大学物理精静电场中的导体和电介质ppt课件

.,1,导体与电介质,.,2,导体静电感应,一、导体的静电平衡,导体内有大量自由电子。,.,3,导体静电平衡,导体内有大量自由电子。,一、导体的静电平衡,.,4,静电平衡条件,导体达到静电平衡的条件是,.,5,等势体,导体内,导体表面,.,6,金属球放入前电场为一均匀场,.,7,金属球放入后电力线发生弯曲电场为一非均匀场,.,8,导体内没有净电荷，电荷只分布在导体表面上。,二、静电平衡下导体上的电荷分布,1、实心导体,.,9,2、空心导体,腔内无电荷,空腔内表面没有电荷，电荷只分布在外部表面。,在导体内包围空腔作高斯面S。则：,=0,.,10,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。,未引入q1时,放入q1后,3、空心导体,腔内有电荷,.,11,表面附近作圆柱形高斯面,二、导体表面外侧的场强尖端放电,1.电场强度与电荷面密度的关系,.,12,证明:,即,用导线连接两导体球,则,2.电荷面密度与曲率的关系,导体表面曲率较大的地方，电荷密度也较大。,.,13,导体表面上的电荷分布情况，不仅与导体表面形状有关，还和它周围存在的其他带电体有关。,静电场中的孤立带电体：导体上电荷面密度的大小与该处表面的曲率有关。,曲率较大，表面尖而凸出部分，电荷面密度较大曲率较小，表面比较平坦部分，电荷面密度较小曲率为负，表面凹进去的部分，电荷面密度最小,导体表面上的电荷分布,.,14,3.尖端放电,尖端场强特别强，足以使周围空气分子电离而使空气被击穿，导致“尖端放电”。,形成“电风”,.,15,防上静电干扰的思路：,1）“躲藏起来”,2）大家自觉防止静电场外泄,实验：,四、静电的应用,.,16,解释：,+,.,17,实际中大量应用：,1）测试用的屏蔽室,2）无线电电路中的屏蔽罩、屏蔽线、高压带电作业中的均压服。,3）变压器中的屏蔽层。,.,18,静电屏蔽,接地封闭导体壳（或金属丝网）外部的场不受壳内电荷的影响。,封闭导体壳（不论接地与否）内部的电场不受外电场的影响；,.,19,电荷分布,五、有导体存在时场强和电势的计算,.,20,例1.已知：导体板A，面积为S、带电量Q，在其旁边放入导体板B。,求：(1)A、B上的电荷分布及空间的电场分布,(2)将B板接地，求电荷分布,a点,b点,A板,B板,.,21,解方程得:,电荷分布,场强分布,两板之间,板左侧,板右侧,.,22,(2)将B板接地，求电荷及场强分布,板,接地时,电荷分布,a点,b点,.,23,场强分布,电荷分布,两板之间,两板之外,.,24,例2.已知R1R2R3qQ,求电荷及场强分布；球心的电势,如用导线连接A、B，再作计算,解:,由高斯定理得,电荷分布,场强分布,.,25,球心的电势,.,26,球壳外表面带电,用导线连接A、B，再作计算,.,27,练习已知:两金属板带电分别为q1、q2求：1、2、3、4,.,28,中间绝缘的两导体极板构成电容器；电容器的基本功能是储存电荷；储存电荷能力大小用电容C来量度。,一、电容器及其电容,10-2电容电容器,+q,-q,A,B,单位：法拉（F），,二、孤立导体的电容,.,29,三、电容的计算,计算电容器电容的一般步骤是：,（1）设两极板带电Q，求电场强度,（2）场强积分计算电势差,（3）代入公式,.,30,1.平行板电容器,已知：S、d、0,设A、B分别带电+q、-q,A、B间场强分布,电势差,由定义,讨论,.,31,2.圆柱形电容器,已知：,设,场强分布,电势差,由定义,.,32,3.球形电容器,已知,设+q、-q,场强分布,电势差,由定义,讨论,孤立导体的电容,.,33,1.电容器的串联,C1,C2,C3,C4,三.电容器的联接,.,34,2.电容器的并联,.,35,电介质,103、静电场中的电介质,有极分子：分子正负电荷中心不重合。,无极分子：分子正负电荷中心重合；,电介质,甲烷分子,水分子,分子电偶极矩,二、电介质的极化,.,37,1.无极分子的位移极化,+,-,+-,.,38,1）位移极化是分子的等效正负电荷作用中心在电场作用下发生位移的现象。,2）均匀介质极化时在介质表面出现极化电荷，而非均匀介质极化时，介质的表面及内部均可出现极化电荷。,极化电荷,极化电荷,结论：,2.有极分子的转向极化,转向外电场,.,40,附加场强,三、电介质对电场的影响,.,41,电极化强度(矢量),单位体积内分子电偶极矩的矢量和,描述了电介质极化强弱，反映了电介质内分子电偶极矩排列的有序或无序程度。,四、极化强度,.,42,五、极化强度与极化电荷的关系,均匀介质极化时，其表面上某点的极化电荷面密度，等于该处电极化强度在外法线上的分量。,.,43,六、电位移电介质中的高斯定理,真空中的高斯定理,电介质中的高斯定理,.,44,介质中的高斯定理,通过任意闭合曲面的电位移通量，等于该闭合曲面所包围的自由电荷的代数和。,.,45,真空中,介质中,介质的相对介电常数,介质的介电常数,.,46,电位移线,大小:,线,线,.,47,将真空电容器充满某种电介质,电介质的电容率（介电常数）,平行板电容器,同心球型电容器,同轴圆柱型电容器,.,48,由高斯定理,.,49,场强分布,电势差,电容,例2.平行板电容器。已知d1、r1、d2、r2、S求:电容C,解:设两板带电,.,50,解:过P点作高斯面得,电势,.,51,例4.平行板电容器已知:S、d插入厚为t的铜板,求：C,.,52,设q,场强分布,电势差,.,53,例5求：（1）两球壳间的电场分布,（2）两球壳间的电势差,（3）两球壳构成的电容器的电容值。,（1）,.,54,（2）,(3),.,55,开关倒向a,电容器充电。,开关倒向b,电容器放电。,灯泡发光,电容器释放能量,电源提供,计算电容器带有电量Q，相应电势差为U时所具有的能量。,一、电容器的能量,10-4、静电场的能量,.,56,外力做功,电容器的电能,.,57,电场能量体密度描述电场中能量分布状况,1、对平行板电容器,二、静电场的能量,能量体密度,.,58,对任一电场，电场强度非均匀,2、电场中某点处单位体积内的电场能量,.,59,例：计算球形电容器的能量已知RA、RB、q,解：场强分布,取体积元,能量,.,60,比较均匀带电球面和均匀带电球体所储存的能量。,.,61,第十章基本公式,静电平衡的条件,1）导体内部场强处处为零；2）导体表面紧邻处场强处处与表面垂直。,推论：,