第10章-导体和电介质中的静电场资料.ppt

1、第10章是导体和电介质中的静电场。最后一章是关于真空中的静电场。事实上，静电场中总是会有导体或电介质，它们受到静电场的影响，同时也会对静电场产生影响。本章研究：1 .导体和电介质的静电特性；2.导体和电介质内外的电场分布；3.静电场的能量。基本教学要求：首先，了解导体在静电场中处于静电平衡的条件，并从静电平衡条件分析带电导体在静电场中的电荷分布。其次，了解电介质的极化及其微观机理，了解电位移矢量D的概念，以及各向同性介质中D与电场强度E的关系。理解电介质中的高斯定理，并用它来计算对称电场的电场强度。理解电容的定义，能够用简单的几何计算电容器的电容。理解静电场是电场能量的载体，理解电场能量密度的

2、概念，用能量密度计算电场能量。根据导电性，物体可大致分为：导体：导电性极强的物体，电介质：导电性极弱或不导电的物体(绝缘体)，半导体：导电性介于上述两者之间的物体，以及金属导体的电气结构特征：大量自由电子。当导体不带电且不受外部电场影响时，导体中的大量自由电子和晶格的正电荷相互中和，导体处于电中性状态。在电场的作用下，自由电子可以在导体内移动，因此电荷可以很容易地在导体内从一个地方转移到另一个地方，这就是导体容易导电的原因。静电场中的10-1导体，1。静电感应现象：当导体内部有电场时，自由电子被电场力用作定向漂移运动，导致导体内部正负电荷的重新分布，结果，导体外表面的两端产生相同数量的不同电荷

3、，这称为静电感应。2.导体的静电平衡：1。静电平衡：导体内部或表面没有电荷进行宏观方向运动的状态。(E:感应电荷产生的电场)2。静电平衡条件导体的内部电场强度处处为零，导体的表面电场强度处处垂直于导体的表面，即处于静电平衡的导体是一个等电位体；导体表面是等电位面。3.静电平衡中导体上的电荷分布。利用高斯定理和电荷守恒定律，可以证明导体具有以下特征：1 .导体的净电荷只能在它的外表面上以静平衡的方式分布，它是一个固体导体。证明了导体中可以取任何高斯平面。根据高斯定理和静电平衡条件，高斯平面上的场强处处为零，因此由于电荷守恒，它只能在外表面上。空腔中没有带电体，取空腔周围的高斯表面。有两种可能性：

4、没有电荷分布；代数和为零，等于和不同的符号，如果假设点电荷分布，那么在内表面上，导体是等电位体，这是矛盾的。结论：电荷分布在外表面(内表面无电荷)，场强特性：空腔空间内各点场强处处为零；空腔导体外的空间电场分布由空腔外表面的电荷分布和其他带电体的分布决定。总之，当导体处于外电场中时，空腔导体外的带电体只会影响空腔导体外表面的电荷分布，从而改变空腔导体外的电场分布。由于这些电荷的重新分布，电场强度增大2.导体表面电场强度与电荷面密度的关系是表面电荷面密度。结论：导体表面附近的场强与表面电荷面密度成正比，方向与表面垂直。考虑到方向，它适用于外部电场中的隔离导体和任意导体。3。对于隔离导体，当导体表

5、面的曲率较大(突出且尖锐)时，电荷表面密度也较大，反之，当曲率较小时，电荷表面密度也较大。从实验中可以得出以下定性结论：(1)尖端放电现象：带电导体尖端附近的电场非常大，可以电离尖端附近的空气，成为导体放电现象，即尖端放电。尖端放电会消耗电能，干扰精密测量，对通信造成危害；使用尖端放电现象，如避雷针。静电屏蔽：空腔导体外的带电体(无论是否接地)不会影响空腔内的电场分布，即空腔导体可以保护空腔内的电场不受空腔外带电体的影响；将空腔导体接地，空腔中的带电体不会影响空腔外的物体。也就是说，接地空腔导体可以保护空腔外部空间中的电场不受空腔中带电体的影响。上述两种现象称为静电屏蔽。关于静电屏蔽的讨论：静

6、电屏蔽的物理本质是在电场的作用下，导体中的自由电子被重新分配，从而在导体上出现感应电荷，感应电荷产生的场和其他源电荷产生的场在特定区域内的综合场强为零，因此该区域内的物体不受电场的影响。导体的静电屏蔽效应是自然界中两种电荷和导体中大量自由电子的结果。从静电屏蔽的最终结果来看，因为导体的内部场强为零，所以电场线都终止于导体表面，就像电场线不能穿透金属导体一样，但是电场线在这里代表所有电荷产生的电场。用途：精密仪器外部的金属网罩-屏蔽外部电场；产生强电场的设备的金属外壳接地以屏蔽内部电场。在导体存在的情况下静电场E和U的计算，电荷分布，实施例10-1:半径为R1和电荷为Q的金属球被分别具有内半径和

7、外半径为R2和R3的另一同心金属球壳包围，并计算球壳的电荷Q。球体中心的电势；球和壳之间的电位差；如果用电线把球连接到球壳上，结果会怎样？如果内球未连接时接地，内球的电荷是多少？溶液：电荷分布在表面：q，q，q，场强分布：球体中心的电势：球体和壳体之间的电势差：通过导线连接形成等电位体，电荷只分布在外表面。内球接地，10-2电容，1电容。隔离导体的电容，定义为：导体电荷量与导体电势之比，如：半径为R的隔离导体球的电容，电势为电容，物理意义为：单位电势提升导体所需的电荷量。1.电容是导体的客观属性，它反映了导体在给定电势下储存电能的能力。C越大，相同电位下储存的电就越多。电容仅由导体和周围介质的

8、形状和大小决定，与导体是否带电无关。单位是33，360国际单位，F法拉(1F=1C/V) F是一个大单位，地球的半径是6.4106米当地球被视为一个球形导体，电容是：电容的单位通常是微制造(F)和皮法(pF) 1F=106F=1012pF，如果C=110 3 F 2。电容器1的电容。对于非隔离导体，带电导体的电势不仅与自身电荷有关，还与周围导体的形状、位置和带电状态有关。也就是说，非孤立的潜力3.电容器：导体甲和导体乙之间的电位差只与导体甲的电量成正比，与导体乙周围的其他带电体或导体无关。由导体甲和导体乙组成的这对导体称为电容器。这两种导体被称为极板，极板分别充有相同数量和不同数量的电荷。4.电容器的电容定义为：C取决于两个极板的尺寸、形状、相对位置以及极板间电介质的介电常数。电容反映了当电容器的两个极板之间存在一定的电位差时，极板上储存的电量。一些常见的真空电容器由两块平行放置的金属板组成。电极板S的面积足够大，板之间的距离D足够小，即边缘效应可以忽略。如果电荷面积密度为0，则两个极板