5.1静电场中的导体-静电平衡.ppt

第5章静电场中的导体和电介质
静电场中的导体
电容和电容器(自学)
静电场中的电介质
静电场的能量
* 几种各向异性电介质介绍(不讲)
本章讨论电场中导体的静电平衡和电介质的极化,导出有介质时电场的高斯定理,介绍静电场的能量特征。
导体和电介质的微观结构不同,它们与电场的相互作用有明显的差别。
导体:导电性能好的物体
电介质或绝缘体:导电性能极差的物质
静电场中的导体
导体的静电平衡
静电平衡导体上的电荷分布
静电平衡导体表面附近的电场
静电屏蔽
【演示实验】鸟笼演示静电屏蔽,空心球壳演示静电屏蔽,尖端放电:电风轮,电风吹火,正负电荷间的尖端放电
原子的价电子受原子核的束缚很弱,大量的价电子就像气体一样可以在金属中自由运动
导体的静电平衡
只限于讨论金属导体:
静电感应:把导体放进外电场中,在电场力的作用下导体内的自由电子作定向运动,导体上的电荷重新分布。
无外电场时自由电子作无规则热运动,无定向运动。由于金属表面层对电子的束缚,自由电子一般不能脱离金属表面。
故金属导电
当附加电场与外电场达到平衡时,导体内部的场强处处为零,自由电子不再作定向运动,导体上的电荷分布不再随时间变化
感应电荷:在静电感应中,导体表面不同部分出现的正、负电荷。
感应电荷所产生的附加电场,在导体内与外电场的方向相反。
因电子质量很小,导体内自由电子数目巨大,则电子从开始移动到静电平衡所经时间极短,约为 1014 s。
导体达到静电平衡
静电平衡:
导体内部场强处处为零
导体的静电平衡条件:
因为只要导体内部某处场强不为零,则该处自由电子受电场力作用作定向运动,就不是静电平衡。
静电平衡导体是等势体,其表面是等势面。
导体内部任意两点间的电势差
把积分路径取在导体内部,则有
导体的静电平衡性质:
E0
导体放进外电场
E内=0, E表面表面
+
+
+
+
+
E
E=0
达到静电平衡
因此电荷只能分布在导体表面上。
静电平衡导体上的电荷分布
1、电荷只能分布在导体表面上
包围P点作一很小的闭合面 S。因 E内=0,由高斯定理可知面 S 内电荷为零。
上述证明不适用于导体表面上的点,
2、对于一个导体空腔,腔内没有带电体时,电荷只能分布在空腔的外表面上。
如果腔内有带电体,则电荷可以分布在空腔(净电荷为Q)的内、外表面上。
q
Q+q
静电平衡导体表面附近的电场
按照高斯定理:
写成矢量形式,即证。
【思考】场强 E 只由电荷S 产生吗?
:导体表面外法线方向单位矢量