文档介绍：第10章静电场中的导体和电介质
§10—1 静电场中的导体
将实物按电特性划分:导体、半导体、绝缘体。
1. 导体静电平衡条件
导体在电场中:(1) 导体内的自由电荷,在电场力作用下移动,从而改变原有的电荷分布。(2) 电荷分布的改变,引起电场分布改变。
(1)导体内部任何一点的场强等于 0 。
导体中没有电荷宏观定向运动,从而电场分布不随时间变化,则该导体达到静电平衡。
(2)导体表面任何一点的场强都垂直表面。
例如:在均匀场放入一导体的情况
表面出现感应电荷
电荷积累到一定程度,在导体内:
电荷停止运动
达到静电平衡
(1) 导体是等势体。
(2) 导体表面是等势面。
2. 导体上电荷分布
1)静电平衡时,导体内无净电荷,电荷只分布在导体外表面上。
证明:
(1)导体内无空腔
.p
(2)导体内有空腔,腔内无其它带电体
可以看成已经达到静电平衡的实心导体,从中挖出空腔,由于没有挖去净电荷,不会影响电荷分布,也不影响电场分布。内表面无净电荷。
电荷全分布在导体外表面上,内表面无净电荷。
在静电平衡下,导体为等势体,内部场强为零。
或者,作包围空腔的高斯面,由于导体中场强为零:
在空腔的内表面也不可能存在等量异号的净电荷,否则在它们自身电场的作用下将出现电荷的定向运动,从而相互抵消。
该点处的电场 E,是所有电荷产生的。
2)导体表面上各处的电荷面密度与电场强度E 的关系
3)电荷面密度与导体表面曲率的关系
一般导体电荷的分布与
导体形状有关
附近其它带电体有关
E ,表面尖端处,E很大
尖端放电
对于孤立导体,实验证明,面电荷密度正比于表面曲率:
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+q
Q
S
+q
+q
3. 静电屏蔽
空腔内有带电体的导体壳
设导体带电荷Q,空腔内有一带电体+q。
高斯定理:
腔内无电荷分布:E内=0
屏蔽外场
(1)腔内+q所处位置不同,对内外
表面电荷分布及电场分布的影响
+q
Q
S
+q
+q
(2)若将腔内带电体与导体壳连接,会出现什么情况?
Q+q
屏蔽内场
当腔内有带电体时,将壳接地,腔内带电体的电场对壳外无影响。
(3)若将导体壳接地,又会出现什么情况?
+q
-q
例1. 一金属平板,面积为S带电Q,在其旁放置第二块同面积的不带电金属板。求(1)静电平衡时,电荷分布及电场分布。(2)若第二块板接地?忽略边缘效应。
.
P
可得:
.
P
(2)第二板接地
解: (1)
EP=0
例2. 半径为R的金属球距离地面很远,并与地用导线相连接,在与球心相距d=2R处有一点电荷q(>0),问球上的感应电荷 q’。
解:金属球是等势体,处处电势: V= 0。
球心处:Vo= 0
例3. 一个带电金属球半径R,带电量q,放在另一个带电金属球壳内,其内外半径分别为R1、R2,球壳带电量为 Q。试求:(1)此系统的电荷、电场分布以及电势。(2)若球壳用导线与地面接通后再断开?(3)再将实心金属球用导线与地面相连,将如何?
解:利用高斯定理、电荷守恒、静电平衡条件、带电体导线相接后等电势的概念。
(1)由高斯定理:球壳内表面带电-q
(2)球壳与地相接,设球壳外表面带电Q’:
(3)内球与地相接,设内球带电q’:
§10—2 静电场中的电介质
电介质
绝缘体(不导电)
每个分子
带负电的电子→束缚电子
带正电的原子核
所有负电荷负重心
所有正电荷正重心
有极分子
无极分子
两类电介质:
正负重心不重合
正负重心重合
1)有极分子
取向极化
2)无极分子
电中性
E外强,p越大,电极化程度越高。
位移极化