导体和电介质.ppt
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1、前一章我们讨论了真空中的静电场,引入了描述静电场特性的两个基本物理量电场强度和电势。实际工作中常遇到电场中存在导体和电介质的问题,研究导体和电介质存在时静电场的分布,在电工、无线电等具体问题中有重要意义。,第九章 导体和电介质,导体:导体中存在大量自由电子,在电场作用下,导体中能形成电流,使电荷分布发生变化,进而使电场也发生改变。,电介质:电介子中几乎没有自由电子,但在外场作用下,介质分子内的电荷也能在很小的范围内重新分布,使电场发生改变。,金属导体:自由电子,91 静电场中的导体一、静电感应,导体不带电或无外场时:,导体中的自由电子都与金属离子的正电荷精确中和,金属不显电性。,把导体放入外静
2、电场时:,自由电子受电场作用做定向运动,形成电流。,在电场作用下,导体上的电荷重新分布的过程,称为静电感应。,静电感应所产生的电荷称为感应电荷。,按照电荷守恒,感应电荷的总电荷量为零。,二、静电平衡,导体达到静电平衡,静电感应的时间极短,若非特别说明,把导体当做已经处于静电平衡的状态来讨论。,导体达到静电平衡,自由电荷停止了定向流动。,三、导体静电平衡条件,1、场强条件,静电平衡导体中的电场强度为零,导体表面的场强与表面垂直。,1)这里的电场强度指总的场强,2、电势条件,静电平衡导体是一个等势体,表面是一个等势面。,2)导体表面的场强必须与表面垂直,否则,其切向分量会使表面电荷移动,推论二,静
3、电平衡导体附近的电场强度的大小与表面电荷密度的关系:,导体表面附近电场可看做局部匀强电场。,推论一,静电平衡导体内的净电荷为零,电荷(自身带电或感应电荷)只分布于导体表面。,若没有其它电场的影响,导体表面曲率越大的地方电荷面密度也越大。,推论三,避雷针工作原理,例题1、如图:两个平行导体板(可近似看成无限大平板)面积均为S,分别带电Q1、Q2,1).试求两个导体板的四个表面上电荷分布的面密度。,Q1,Q2,1,2,Q1,Q2,1,2,2).求I,II,III区的场强:,3).两导体板间的电势差:,4).按图接地后,各面的电荷密度:,此时,空腔外的电荷 q 在空腔内激发的电场与空腔外表面上的感应
4、电荷产生的电场叠加后,使空腔和导体内的合场强为零。,二 导体空腔和静电屏蔽,空腔和导体内场强为零,1、第一类导体空腔 空腔内无带电体,空腔内表面也不能有电荷分布,电荷只能分布在导体外表面,静电屏蔽:达到静电平衡的导体空腔内的电场不受空腔外电荷的影响;接地的导体空腔外部的电场不受内部电荷影响。,这种静电屏蔽也叫外屏蔽。,2、第二类导体空腔腔内有带电体,当达到静电平衡,导体内的场强为零,必须是导体空腔内表面上的感应电荷为-q,外表面上的感应电荷为+q。,当导体空腔接地时,导体空腔外表面上的感应电荷被中和,空腔外没有电场,导体的电势为零。,这种静电屏蔽也叫内屏蔽,导体空腔的静电屏蔽作用:导体空腔(不
5、论接地与否)内部电场不受腔外电荷的影响;接地导体空腔外部的电场不受内部电荷的影响。导体空腔屏蔽了空腔内、外电荷的相互影响,应用:精密测量上的仪器屏蔽罩、屏蔽室、高压带电作业人员的屏蔽服(均压服)等。,例题 2 半径为 R1 的导体球,带电为q,球外有一内、外半径分别为 R2 和 R3 的同心导体球壳,壳上带电 Q,(1)求导体球、球壳的电势?(2)若用导线连接球和球壳,它们的电势为多少?(3)若外球接地,求它们的电势?,解:(1)当静电平衡时,球壳内外表面的电荷分别为-q和Q+q,导体球的电势:,球壳的电势:,(2)导体球和球壳接线后,球上电荷q和球壳内表面电荷-q中和,且电势相同。,(3)球
6、壳接地后,球壳外表面电荷Q+q被中和,且其电势为零。,例题3、在一个半径为R,均匀带电q的球面内有一个半径为r的不带电的导体球,求导体球接地后其上的感应电荷大小。,r,R,q,解:导体球没有接地时,带电球面内的电势不为零。因此,接地后有电流产生,从而使导体球带电。静电平衡后,导体球上的电势应该为零。设导体球带电为q,则有总电势计算公式:,电介质中没有自由电荷,分子中的电荷在外场的作用下在很小的范围内重新分布,新的电荷分布会削弱电介质中的原电场,并不会完全减弱为零。,92 电介质 电介质中的高斯定理,一 电介质的极化,等效电荷:把分子中的正负电荷作为两个点电荷处理。,有极分子:分子的正负电荷中心
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- 导体 电介质
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