3.5 静电场中的导体.ppt

静电场中的金属导体
金属导体的静电平衡
1. 静电感应与静电平衡
如果导体内部和表面上任何部分都没有电子的宏观运动,我们就说导体达到了静电平衡。
将导体置于外电场中,它为什么会达到静电平衡?在没有外电场时,导体内的自由电子处在热运动状态,因此导体对外不显示电性。当有外电场时,自由电子将在电场力作用下作定向漂移运动,结果引起导体内电荷重新分布,
这一过程叫静电感应。静电感应最终导致在导体表面相对的两侧产生等量异号电荷,被称之为感应电荷。感应电荷在导体内部产生的附加电场与外电场方向相反,有抵消外电场的作用。由于导体中有足够大量的自由电子,感应电荷的电场终究会将导体内部的外电场全部消除。
达到静电平衡后,导体内已无电场,因此内部所剩电子仍然作热运动。
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E
外
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E
外
E
感
(达到静电平衡)
2. 静电平衡导体的场强与电势
(2)导体达到静电平衡时,导体上各点电势相等,即导体是等势体,表面是等势面。
(1)导体达到静电平衡时,其内部场强处处为零。
(3)导体达到静电平衡时,其外表面上各点的场强都与导体表面垂直。
感应电荷的作用不仅使导体内部场强处处为零,它也会改变导体外部电场的分布。
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下图定性显示了在外电场中放入一个金属球后,导体外表面附近电场的变化情况。
1. 实心导体
在导体内任取高斯面 S 。
静电平衡导体的电荷分布
静电平衡时,实心导体内部处处无净剩电荷,净电荷只能分布在表面上。
2. 第一类空腔导体
所谓第一类空腔导体,是指腔内无电荷的情况。
此时空腔内部场强也是零。
对第一类空腔导体,其所带净电荷只分布在外表面上。
用高斯定理容易证明:
3. 第二类空腔导体
所谓第二类空腔导体,是指腔内有电荷的情况。
此时空腔内部场强并不为零。
对第二类空腔导体,其内表面所带电荷与腔内电荷等量异号;其余净电荷则分布在外表面上。
用高斯定理容易证明:
+q