文档介绍：十八、静电场中的导体和电介质
1、导体的静电平衡状态
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结果:
(1)导体内
(2)
(3)
定义:称这种静电场中导体内部和表面
都没有电荷定向移动的状态为导
体的静电平衡状态。
产生的条件:
导出的重要结论:
处于静电平衡的导体是等势体,
其表面是等势面。
一、静电场中的导体
2、静电平衡的导体上的电荷的分布
规律:
(1)其内部各处净电荷为零,电荷只能分布在表面
(2)其表面上各处的面电荷密度与当地表面紧邻处的电
场强度的大小成正比
(3)孤立的导体处于静电平衡时,其表面各处的面电荷
密度与各处表面曲率有关,曲率越大的地方,面电荷密
度也越大。
(1)、尖端放电
3、应用
应用:避雷针、电打火
避免:输电线表面光滑
接静电
起电机
产生过程:
由于尖端面电荷密度很大,所以它周围电场很强,空气中
散存的带电粒子,在这强电场作用下运动获得足够大能量,
所以和空气分子碰撞时,能使空气分子离解成电子和离子,
这些电子和离子与空气分子又相碰,又产生新的带电粒子
这样就产生大量带电粒子,与尖端上电荷异号的带电粒子
受尖端电荷的吸引,飞向尖端,使尖端上电荷被中和掉;
与尖端电荷同号的带电粒子受到排斥从尖端附近飞开,看
起来,似乎尖端上的电荷被“发射”出来一样,所以称为尖
端放电。
(2)、静电屏蔽
1)空心导体的空腔内不受外界电场的影响
2)放在接地的空心导体空腔内的带电体对外界也不
产生影响
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结论:一个接地的金属
壳(网)既可防止壳外
来的静电干扰,又可防
止壳内的静电干忧壳外
。
实际中大量应用:
1)测试用的屏蔽室
2)无线电电路中的屏蔽罩、屏蔽线、高压
带电作业中的均压服。
3)变压器中的屏蔽层。
初级
次级
例1:不带电的金属球外有一带电量为+q的点电荷,
求(1)球上感应净电荷
(2)感应电荷在O点产生的场强
(3)感应电荷在P点产生的场强
(4)感应电荷在P点产生的电势
+q
x
P
O
R
l
r
解(1)由于金属球原来不带电,所以产生的感应电荷之
和(即净电荷)为零
(2)O点的场强
又由于金属球处于静电平衡:
而点电荷在O点的场强:
所以
(3)同上,在P点感应电荷产生的场强:
(4)由于金属球处于静电平衡,因此是等势体,有
而又是感应电荷和球外点电荷在O点电势的叠加。
分析可知,感应的正负电荷电量相等,且各感应电荷距
球心距离相等,又因电势是标量,所以感应电荷在O点
的电势为零
例2:有一大金属板,面积为S,带电量为Q,在其附
近放第二块金属板,不带电。求:
(1)静电平衡时,金属板上电荷分布及空间中电场的分
布
(2)如把第二块板接地,情况又如何(忽略边缘效应)
Q
I
II
III
P
解(1)静电平衡时导体内无净电荷,所以电荷只能分布
在两金属表面;又因不考虑边缘效应,电荷可视为均匀
分布。设4个表面面电荷密度为:
由电荷守恒定律,有
……(1)
……(2)
Q
I
II
III
P
由于电场与板面垂直,且板内场强为零,所以取如图高斯
面,通过此面的电通量为零,有
在板内任选一点P,其场强是四个面的场强的叠加,有
又
……(3)
……(4)
联立四式得: