静电场中的导体.ppt
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1、1,第十三章,静电场中的导体和介质,本章讨论:电场与物质的相互作用(影响),静电场中导体电容器*电介质*有介质时的高斯定理电场的能量,主要内容有:,2,半导体 semiconductor 带电性质介于上述两者之间。,导体 conductor 导体中存在大量的可自由移动的电荷,绝缘体也称电介质 dielectric 理论上认为电介质中一个自由移动的电荷也没有。,例如:各种金属、电解质溶液。,例如:云母、胶木等。,3,1、静电感应 导体的静电平衡,13.1 静电场中的导体,一、导体的静电平衡及其条件,静电感应 在静电场力作用下,导体中电荷重新分布的现象。,感应电荷,4,导体内有大量自由电子。,1、
2、静电感应 导体的静电平衡,5,导体内有大量自由电子。,1、静电感应 导体的静电平衡,6,7,导体的静电平衡的条件:,1)导体内部的场强处处为零;,2)导体表面附近处的场强 处处垂直于导体表面。,1)导体的整体成为等势体,2)导体的表面成为等势面,用场强表述:,用电势表述:,导体的静电平衡:在电场中,导体的内部和表面都没有电荷的定向移动。,8,等势体,导体内,导体表面,证明:,9,1.实心导体,导体上的电荷分布决定于静电平衡条件和静电场的基本性质。,这类问题属于电场与电荷分布的关系,那么当然应用相应的定理高斯定理。,设导体达到静电平衡,在导体内任取一高斯面,二、静电平衡下导体上的电荷分布,10,
3、由静电平衡,得,导体内没有净电荷,导体所带的电荷只能分布在导体表面上。,由高斯面的任意性,只要在导体内部,上述结果都满足。,结论:,11,2.空腔导体,在空腔内作如图所示高斯面:,高斯面一直紧缩到空腔表面,这结论都成立。,导体内部,12,所以电荷只能分布在外表面。,13,2.空腔导体,若已知导体带电Q,腔内有电荷q,那么电荷又如何分布呢?,空腔表面有-q 分布,按静电感应,外表面分布电荷为 Q+q,腔体内表面所带的电量和腔内电荷电量等量异号,腔体外表面所带的电量由电荷守恒定律决定。,导体内部,14,在表面附近作钱币形高斯面,1.导体外部近表面处场强大小与该处导体表面电荷面密度 成正比,三、导体
4、表面电荷分布与场强的关系,作钱币形高斯面 S,15,孤立导体表面各处的面电荷密度与各处表面的曲率有关,曲率越大的地方,面电荷密度越大。,2.孤立导体表面上的电荷分布,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,16,带电导体尖端附近电场最强,带电导体尖端附近的电场特别大,可使尖端附近的空气发生电离而成为导体产生放电现象,即尖端放电。,尖端放电会损耗电能,还会干扰精密测量和对通讯产生危害。然而尖端放电也有很广泛的应用。,尖端放电现象,尖端放电现象的利与弊:,17,尖端放电现象的利用,18,1.屏蔽外电场,空腔导体
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