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静电场中的导体和电介质.ppt

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第九章 静电场中的导体和电介质,9-1 静电场中的导体(金属导体),一、导体与电介质的区别,3. 放入电场后,有不同反应.,1. 结构不同,导体中有大量自由电荷,介质中为束缚电荷.,2. 电阻率不同:,导体:,电介质:,二、导体的静电感应 静电平衡,1. 静电感应现象:,导体在外电场中其自由电荷重布的现象.,2. 静电平衡特征:,导体内部及表面没有电子的宏观移动.,导体的静电感应过程,无外电场时,,,,,,,,,,,,,,+,,,,,,,,,,,,,,,,,,,E,外,,,+,,+,,+,,+,,+,,+,,+,,+,,+,,,,,,,,,,,,,,,,+,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,+,,+,,+,,+,,+,,+,,+,,+,,+,导体达到静电平衡,,,,,,,,,,,,金属球放入前电场为一均匀场,,,金属球放入后电力线发生弯曲,电场变为非均匀场,⑴ 导体内部任意一点的场强为零。,⑵ 导体表面处的场强方向与该处表面垂直。(用反证法证明),导体内:,导体表面:,推论:导体是一等势体,表面是一等势面.,证明:,3. 导体的静电平衡条件:,“点”指宏观点;导体内部电荷只受静电力的情形。,电荷只分布在表面,导体内部没有净电荷.,1. 实心导体,证明:在导体内任取高斯面S :,,电荷分布在导体表面,三、静电平衡时导体上的电荷分布,2. 空腔导体,(1)腔内无带电体:,空腔中无其它带电体,则电荷分布在外表面.,证明:绕空腔取高斯面S :,,即空腔内表面上无净电荷.,腔体内表面所带的电量和腔内带电体所带的电量等量异号,腔体外表面所带的电量由电荷守恒定律决定。,(2) 腔内有带电体+q :,腔内表面也没有等量异号电荷.反证法证明:,与导体是一等势体矛盾.,3. 带电导体外表面电荷分布规律,曲率大处(尖、凸),电荷面密度大.曲率小处(平、凹),电荷面密度小.,证明:,即:,将两相距足够远的导体球用导线连接,则:,避雷针的工作原理,云层带电,绝大多数带电云底层带负电,顶层带正电,,,,,,,,,,接地,,,,五、静电屏蔽,1. 不接地空腔导体,腔外电场对腔内无影响,但腔内电场对导体外的电场有影响。,2. 接地空腔导体,则 内外电场互不影响.,四、带电导体表面附近场强,表面附近作小圆柱形高斯面,由高斯定理:,孤立导体:不受外界影响的导体(该导体附近无其它带电体)。,带电2q ----电势2V …….,9-2 电容 电容器,一、电容,1. 孤立导体的电容,对于一定形状的孤立导体:,带电q ----电势V ,,结论:,定义C为孤立导体的电容.,孤立导体电容的物理意义:使导体升高单位电势所需要的电量.,单位:法拉F,微法,另有:,皮法,,例1求半径为R的孤立导体球的电容.,解:,令球带电q ,其电势为:,C 仅与导体的几何因素有关,与导体是否带电无关。,按型式分:固定、可变、半可变电容器.,2. 电容器的电容,a)电容器分类:,按形状分:柱型、球型、平行板电容器等.,共同特点:非孤立导体,由两个能带有等值异号电荷的导体组成。,按介质分:空气、云母、陶瓷、电解电容等.,b)电容器电容的定义,,---- 一个极板所带电量,---- 两个极板间的电势差,比值与q无关,由板的形状、大小、相对位置及介质环境决定.,称电极或极板,二、电容器电容的计算,1. 平行板电容器,已知:,设A, B分别带电+q ,-q,A, B间场强分布:,电势差:,由定义:,讨论,,,,2. 球形电容器,已知:,电势差:,由定义:,讨论,孤立导体的电容,,设A , B分别带电+q ,-q,A, B间场强分布:,3.圆柱形电容器,已知:,电势差:,由定义:,设A , B分别带电+ ,-,A, B间场强分布:,例2 平行无限长直导线(P68 例3),已知:,求:单位长度导线间的C,解: 场强分布,电容:,导线间电势差:,三、电容器的串并联,1.串联,2. 并联,电介质:所有绝缘体称为电介质,其特点是其内部没有自由电子。,9-3 静电场中的电介质,一、电介质的结构和极化机制,无外场时分子正负电荷中心重合,在外场中无极分子正负电荷中心移位,等效于一个电偶极子,电偶极矩与外电场方向一致,介质表面出现极化电荷, 介质内产生极化电场,1. 无极分子的位移极化:,2)束缚电荷产生附加电场 .,2. 有极分子的取向极化:,1)极化作用将在电介质表面产生束缚电荷;,无外场时分子正负电荷中心不重合,二、电极化强度,1. 电极化强度:,在电介质中任取一宏观小体积V :,无外场,,介质不极化,有外场,介质被极化,定义:,电极化强度表示电介质的极化程度,单位:,,,,当电介质处于确定的极化状态时,介质中每一宏观点有唯一的极化强度。若电介质的总体或某区域内各点的极化强度相同,则称其为均匀极化
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