大学物理 静电场中的导体和电介质ppt课件.ppt

,返回,内 容 提 要,雷电奇观,怒发冲冠,第一节 静电场中的导体,一金属导体静电平衡条件,二.静电平衡下导体上电荷分布,结论：电荷分布在导体的表面上。,腔内有带电体时,+,+,+,+,+,+,+,+,带电导体,+,+,+,+,+,三.导体表面外侧附近的场强,四 带电导体上的电荷面密度与导体表面曲率的关系,* 高新科技应用：计算机屏蔽，电子设备屏蔽等，,五.静电屏蔽,电力线终止在导体表面上，使空腔内物体不受外界电场的干扰，从而起到“保护作用”。,这表明，当金属腔内的带电体移动时，只改变腔内表面的电荷的分布，不影响外表面上的电荷的分布，但外表面上的感应电荷对壳外空间的电场有影响。 若金属壳接地，则金属壳电势为零；内表面上感应电荷及腔内电荷的场对壳外空间的电场无影响。金属壳起到静电屏蔽作用。,例 71 带电量为 半径为 的金属球，与一内外半径分别为 ,带电量为 金属球壳同心。求电势的分布。,按定义，则金属球内的电势,由高斯定律得场强的分布为,例题,例 72 如图示，一无限大的均匀带电金属板A，若把一大的属板B靠近A板，求B板上的电荷分布，二板的电势差。,解：,题目,例 7-4 一不带电的金属球外有一点电荷，如图示，求球心的场强和电势。,第二节 电介质,一.电介质的极化,电介质又称绝缘体，在电介质中，电子被束缚在各自的原子或分子中，因而，电介质中无自由电子。本节讨论电介质对电场的影响。,极化面电荷,束缚电荷,2 有极分子的极化,有极分子，正负电荷中心不重合。,如水，二氧化硫，聚氯已烯等，分子都具有固有电矩。,极化面电荷,二.电极化强度矢量,反映P点极化程度。,三.电极化强度矢量与极化电荷面密度的关系,设一斜圆柱电介质被均匀极化。即电极化强度处处相等。,均匀极化,L,+,+,+,+,+,+,+,+,+,电介质,结论：极化电荷的面密度为电极化强度在法线方向上的投影。,第三节 电介质中的场强 介质中的高斯定律,代数式,二介质中的高斯定律 电位移,选一高斯封闭面,介质中的高斯定律 ：通过场中某一封闭面上的电位移通量等 于该闭合面内所围自由电荷的代数和。,题目,第 四 节 电 容 电 容 器,一 孤立导体的电容,单位：法拉（ ）；微法（ ）或微微法（ ）。,显然，孤立导体球的电容与线度及周围电介质有关，与导体球是否带电，是空心球还是实心球均无关。,例如，地球为导体，其平均半径为 ，其电容值约为,二 电容器的电容,1 平行板电容器,解释（略）,平行金属板,按定义,2 球形电容器,按定义,3 柱形电容器,按定义,例 78 如图，平行板电容器的极板面积为 ， 板间填充两种电介质。其它相关量如图中所示。求：此电容器的电容。,据定义,或视为二简单电容器的串联。,能量是物质存在的一种形式，电场做为一种特殊形态的物质-场物质，有电场能量。,结论：带电过程中，外界不断克服电场力作正功，因此，带电过程是储能过程。,第五节 电场的能量 能量密度,2 在带电体形成过程中因外界作功而形成的能-形成能。,移动中外界不做功,外界克服电场力做功,下面，以平行板电容器的带电过程为例说明场能的计算,经变换，场能又表述为,可见，场能储存在电场中。,1 不仅适合匀强场，而且适合非匀强场，是空间的函数。,2 又适合电磁波-迅变电磁场。场脱离电荷，电场与磁场相互激发。是空间和时间的函数。,例 710 求图中球形电容器的电容和能量。,解：设金属球和金属球壳的电量为,题,解：解题分析，非均匀场。但场具有对称性。选择合适的体元，把能量密度积分即可。,或用,讨论：若二板的电量一定（或电势差一定）移出电介质时，电容，电势差，能量等如何变化?,三 介质中的高斯定律,自由电荷,四 电容,电容器的电容定义式,三种典型情形,孤立导体球的电容,下一章,返回,