1静电场中的导体.ppt

本章研究对象:
在静电场中放入导体和电介质后的电场特性
基本性质方程
讨论电场与物质的相互作用:
场量的分布
研究方法:
导体conductor 存在大量自由电荷
绝缘体(电介质)dielectric 无自由电荷
半导体semiconductor 介于上述两者之间
一. 导体的静电平衡条件
静电平衡状态
electrostatic equilibrium
带电体系中无自由电荷的定向移动,从而电场分布
不随时间变化,称该带电体系处于静电平衡状态。
导体的静电平衡条件
特征:存在大量的可自由移动的自由电荷conductor
当导体独立存在时,自由电荷均匀分布,导体为电中性
静电场中的导体
当导体放在静电场中
电场将改变导体的电荷分布:
左边聚集负电荷,
右边聚集正电荷
导体内部电场
电荷继续移动, 增大
直至,电荷不再移动
产生新的电场
电荷分布将改变电场分布
静电感应
2、导体在静电平衡时,表面电荷亦静止不动。
设导体表面附近场强为

则须表面电荷
才能静止不动
即:
表面
导体表面
1、导体在静电平衡时,
证:在导体内任取两点
导体内场强处处为零
静电平衡条件的另一种表述

导体静电平衡时,导体各点电势相等,
即导体是等势体,表面是等势面。
在导体表面任取两点
表面
导体表面
二。静电平衡导体上电荷的分布
由导体的静电平衡条件和静电场的基本性质,
可以得出导体上的电荷分布。

证明:在导体内任取闭合面S
由高斯定律
S 任取
净电荷只能分布在导体表面!
导体内处处无净电荷
设导体表面P 点处电荷面密度为
导体
:外法线方向
写作
相应的表面附近电场强度为
表面
在该处作垂直于导体表面的小圆柱面S ,底面积应用高斯定律:

表面附近场强的关系
表面

孤立的带电导体,电荷分布的实验的定性的分布:
在表面凸出的尖锐部分(曲率是正值且较大)电荷面密度较大,
在比较平坦部分(曲率较小)电荷面密度较小,
在表面凹进部分电荷面密度最小。
尖端放电
孤立带电
导体球
孤立导体
倍率为106~107的样品针尖表面的原子放大像
场离子显微镜 field ion microscope
四、带电导体腔的电荷分布与静电屏蔽
(1)腔内无带电体
内表面
外表面
在内外表面间取一闭合面S,应用高斯定律:
S
(导体内电荷+内表面电荷)
即:内表面无净电荷分布,电荷只能分布在外表面
推论:腔内电场为0,腔内是等势体
内
内
静电屏蔽一、腔内不受腔外电场影响
0
0