1.5 静电场中的导体.ppt

5 静电场中的导体?导体的平衡条件?导体上的电荷分布?腔内无带电体的导体壳?腔内有带电体的导体壳 1 ?物质的电结构?单个原子的电结构内层电子价电子原子内部壳层的电子与原子核构成原子实一般都填满了每一个壳层在原子中结合得比较紧填充在最外层的电子与核的结合较弱,容易摆脱原子核的束缚——称为价电子——自由电子一导体静电平衡条件原子中的外层电子受满壳电子的屏蔽在原子中结合较弱 2导体、绝缘体和半导体?虽然所有固体都包含大量电子,但导电性能差异很大?导体: ?导体中存在着大量的自由电子?电子数密度很大,约为 10 22个/cm 3 ?实际物质内部既有自由电子,又是电介质。如:气体在一般情况下绝缘(电介质),但加高压气体会被击穿(导体) ——导体是一种理想模型。?绝缘体?基本上没有参与导电的自由电子?半导体?半导体中自由电子数密度较小,约为 10 12~10 19个/cm 3 ?半导体中导电的载流子有电子( N型)和空穴( P型) ?导电能力介于导体与绝缘体之间,而且对温度、光照、参杂、压力等外加条件极为敏感 3 ?导体:有足够多的自由电子——受电场力会移动?静电平衡:当带电体中的电荷静止不动,从而电场分布也不随时间变化?说明: ?一般情况表面有一定厚度,很复杂如: E=10 9V,则感应电荷聚集在表面的厚度为 10 -10 m,本课程不讨论表面层电荷如何分布。?对导体只讨论达到静电平衡以后的情况,不讨论加电以后电荷的平衡过程。 4静电平衡条件导体刚放入匀强电场中只要 E不为零, 自由电子作定向运动改变电荷分布,产生附加场' 0EEE??内两者大小相等, 方向相反——完全抵消——达到静电平衡静电平衡条件 0?内E 5 物质中的电荷在电场的作用下重新分布场分布互相影响、互相制约达到某种新的平衡 6一般情况 7 导体静电平衡时的性质 1. 导体是一个等势体,导体表面是等势面 2. 导体以外靠近其表面地方的场强处处与表面垂直 0???? ba abldEU 导体内部 E=0 8二导体上的电荷分布?导体处于静电平衡时,电荷只分布在导体表面, 导体内部无电荷即? e=0(体内无未被抵消的净电荷) 证明:设导体达到静电平衡—— E 内=0 00???????? e S EPSdE?点处内S向P点收缩 9 0:εσE e??大小: 表面 E 表面附近: 表表面导体表面是等势面,处处与电力线正交? 0 01??? SqSdE eS i S E?????????内SESdESdESdE?????????????侧面下底上底=0 ? SE??面电荷分布与场强关系 10