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课件网) 第10章 导体和电介质中的静电场 静电场 导体、电介质 相互作用 相互影响 感应电荷 极化电荷 电荷重新分布 原有电场 影响 电场重新分布 10.1.1 导体的静电平衡 1. 金属导体的电结构 热平衡特征: 任意微小体积元内, 自由电子的负电荷和晶体点阵上正电荷的数目相等, 整个导体或其任何一部分对外都显现电中性. §10-1 静电场中的导体 第10章 导体和电介质中的静电场 2. 导体的静电平衡条件 + + + + + + + 导体球放入电场后的电场线. 静电感应: 导体在外电场中时, 其表面不同位置出现正负电荷重新分布的现象叫做静电感应. 发生静电感应时, 集中出现在导体表面的电荷叫做感应电荷. + + + + + + + + + + 感应电荷 导体(带电或不带电) 静电感应现象的过程 外电场作用下 自由电子作宏观定向运动 电荷重 新分布 导体表面一端带负电,另一端带正电,出现感应电荷. 附加电场 导体内其他自由电子宏观定向运动停止. 静电平衡状态 静电平衡时, 导体的内部和表面上都不再有电荷的宏观定向运动. + + + + + + + + 导体内电场强度 外电场强度 感应电荷电场强度 问题: 达到静电平衡时导体上的电荷怎样分布? 导体内部场强处处为零 场强: 表面场强垂直于导体表面 电势: 导体为一等势体 导体表面是一个等势面 3. 静电平衡时导体中的电场特性 E= 0 S + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 1. 电荷分布 净电荷: 未能被中和的电荷. 10.1.2 静电平衡时导体上的电荷分布 结论: 导体内部没有净电荷, 净电荷只能分布在导体外表面. 1) 实心导体 E= 0 S 结论: 电荷分布在导体外表面, 导体内部和内表面没净电荷. 3) 空心导体, 空腔内有电荷q ? +q 内表面感应出 - - - - - - - - Q是导体原来所带电量. 结论: 电荷分布在导体内外两个表面, 内表面带电荷－q. 根据电荷守恒定律, 外表面带电为: 2) 空心导体, 空腔内无电荷 2. 带电导体表面附近的场强 导体 取高斯面, 电场方向如图, 设导体表面电荷面密度为σ, 由高斯定理: dS E 得 1) 静电平衡时, 导体表面上各点的电荷密度与其邻近处场强的大小成正比. 尖端放电: 对于有尖端的带电导体, 尖端处电荷面密度极大, 则导体表面邻近处场强也特别大. 当电场强度达到一定程度时, 附近的空气就会被电离而产生放电现象, 称为尖端放电. 2) 静电平衡时, 导体表面曲率越大, 面电荷密度越大, 电场也越强. 10.1.3 空腔导体和静电屏蔽 1. 空腔导体 腔内没有电荷: 屏蔽外电场 腔内存在电荷: 间断内外电场 q ·接地的空腔导体: 屏蔽内, 外电场 2. 静电屏蔽: 一个接地的空腔导体可以隔离内外电场的影响. 法拉第笼 3. 有导体存在时的 E 和 U 思路: 导体上的电荷分布 计算 分布(方法同前) 静电平衡条件 电荷守恒定律 例10-1. 有一外半径R1, 内半径R2的金属球壳, 其中放一半径为R3的金属球, 球壳和球均带有电量q的电荷. 问: (1) 两球电荷分布; (2) 球心的电势; (3) 球壳电势. 解: (1) 电荷分布如图所示球面q, 壳内表面－q, 壳外表面2q. R3 R2 R1 + + + + + + + + - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + 例10-1. 有一外半径R1, 内半径R2的金属球壳, 其中放一半径为R3的金属球, 球壳和球均带有电量q的电荷. 问: (1) 两球电荷分布; (2) 球心的电势; (3) 球壳电势. 解: (1) 电荷分布如图所示球面q, 壳内表面－q, 壳外表面2q. R3 R2 R1 + + + + + + + + - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + (2) (3) 例10-1. 有一外半径R1, 内半径R2的金属球壳, 其中放一半径为R3的金属球, 球壳和球均带有电量q的电荷. 问: (1) 两球电荷分布; (2) 球心的电势; (3) 球壳电势. 解: (1) 电荷分布如图所示球面q, 壳内表面－q, 壳外表面2q. R3 R2 R1 + + + + + + + + - - - - - - - - + ... ...
