第4节电场中的导体.ppt

1.导体绝缘体半导体1)导体导电能力极强的物体(存在大量可自由移动的电荷)2)绝缘体（电介质）导电能力极弱或不能导电的物体3)半导体导电能力介于上述两者之间的物体,静电场中的导体,一、导体的静电平衡,2.导体的静电平衡条件,静电感应,静电感应：,在静电场力作用下，导体中自由电子在电场力的作用下作宏观定向运动，使电荷产生重新分布的现象。,导体的静电平衡状态：,导体的内部和表面都没有电荷作任何宏观定向运动的状态.,导体静电平衡条件：,导体内任一点的电场强度都等于零,电子在导体中可以自由运动，在外场的作用下电子的定向运动对导体内部和导体周围电场产生影响,*推论(静电平衡状态),证：在导体上任取两点p,q,导体静电平衡条件：,2)导体表面任一点场强方向垂直于表面,1）导体为等势体，导体表面为等势面,3.导体上电荷的分布,1)当带电导体处于静电平衡状态时,导体内部处处没有净电荷存在,电荷只能分布于导体的表面上.,证明：在导体内任取体积元,由高斯定理,体积元dv任取,导体带电只能在表面！,2).导体表面附近的场强方向与表面垂直，大小与该处电荷的面密度成正比.,结论：,孤立的带电导体，外表面各处的电荷面密度与该处曲率半径成反比,1）导体表面凸出而尖锐的地方（曲率半径较小）电荷面密度较大2）导体表面平坦的地方（曲率半径较大）电荷面密度较小3）导体表面凹进去的地方（曲率半径为负）电荷面密度更小,(违反环路定理),在静电平衡状态下,导体空腔内各点的场强等于零,空腔的内表面上处处没有电荷分布.,二、空腔导体(带电荷Q),1腔内无电荷，导体的电荷只能分布在外表面。,腔内有电荷q导体的内表面电荷-q外表面电荷Q+q,-q,Q+q,原则,1.静电平衡的条件,2.基本性质方程,3.电荷守恒定律,三、有导体存在时静电场的计算,在无限大的带电平面的场中，平行放置一不带电的无限大金属平板。,解:设金属板面电荷密度分别为、,由电荷守恒定律,导体静电平衡条件体内任一点P场强为零,例1,求：金属板两面电荷面密度,例2金属板面积为S，带电量为q,近旁平行放置第二块不带电大金属板。,求：1、求电荷分布和电场分布；,2、把第二块金属板接地，情况如何？,解：1、电量守恒定律,根据高斯定理有：,P点的场强是四个带电面产生,方向朝左,方向朝右,方向朝右,2、右板接地,高斯定理:,P点的合场强为零:,例3点电荷q=4.0 x10-10库仑处在不带电导体球壳的中心，壳的内外半径分别为R1=2.0 x10-2m,R2=3.0 x10-2m。求：,1、导体球壳的电势,2、离球心处的电势,解：,电场的分布：,1、导体球壳的电势,2、离球心处的电势,7.2.5电容器,一、孤立导体的电容,一个带有电荷为Q的孤立导体,其电势为U(无穷远处为电势零点)则有:,孤立导体的电容C：,电容的单位:法拉(F),注意：C的值只由导体的形状，大小及周围的环境所决定，而与其带电量的多少无关。,例4孤立导体球的电容,由定义,二、电容器的电容,1.电容器,两个带有等量异号电荷的导体组成的系统.,电容器的电容：,q,1)平板电容器的电容,2.电容器电容的计算,2)同轴柱形电容器的电容,设长为L,带电量为q,内半径为,外半径为,3）同心