静电场中的导体(5).ppt

第二章 静电场中的导体
§ 2 －1 静电场中的导体
§ 2 －3 电容器及其的电容
§ 2 －2 封闭金属腔内外的静电场
§ 2 －4 带电体系的静电能
§ 2 －５ 静电感应仪器（自学）
教学要求
，分析带电导体的静电场中的电荷分布；求解有导体存在时场强与电势分布；
2. 理解电容的定义，能计算简单形状电容器的电容；
1
编辑ppt
一、静电感应
静电场与导体的相互作用
§ 静电场中的导体
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
受外层电子的屏蔽
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
2
编辑ppt
②、导体、绝缘体和半导体
③、静电感应现象
虽然所有固体都包含大量电子，但导电性能差异很大
导体中存在着大量的自由电子 。导体中电子数密度很大，约为1022个/cm3
绝缘体 ：基本上没有参与导电的自由电子
半导体中自由电子数密度较小，约为 1012～1019个/cm3
3
编辑ppt
物质中的电荷在电场的作用下重新分布
场分布
互相影响场分布、互相制约
达到某种新的平衡
静电感应现象是场与物质的相互作用问题
力学：只涉及物质的机械性质，对其本身研究甚少。
电磁学：较多地讨论场，而对物质本身的电磁性质也涉及得很少。
物质与场是物质存在的两种形式
4
编辑ppt
二、静电平衡：导体内部及表面均无电荷定向运动，导体上电荷及空间电场分布达到稳定.
空间电场：
静电平衡条件：
+
+
+
+
+
+
导体内各点电势相等——等势体
（1）导体为等势体
（2）导体表面为等势面
要计算静电平衡时的电场分布，首先要知道其电荷分布.
5
编辑ppt
6
编辑ppt
7
编辑ppt
8
编辑ppt
+
+
+
+
+
+
+

S
思考：
设带电导体表面某点电荷密度为 ，外侧附近场强 ，现将另一带电体移近，该点场强是否变化？公式 是否仍成立？
导体表面 变化，外侧附近场强 变化，而 仍然成立。
[例] 电荷面密度为 s 的无限大均匀带电平面两侧(或有限大均匀带电面两侧紧邻处)的场强为 s/(2e0)；静电平衡的导体表面某处面电荷密度为 s，在表面外紧邻处的场强为 s/e0。为什么前者比后者小一半？
9
编辑ppt
解：导体表面某处的面元 dS 处的面电荷密度为s ，它在其两侧紧邻处的场强为 E1 = E2 = s/(2e0 )。
导体
dS
s
除 dS 外，导体表面其它电荷在 dS 内侧紧邻处的场强为 E3，在外侧紧邻处的场强为 E4。因为两个紧邻处相对于其它表面可看成一个点，故 E3 = E4。
由场强叠加原理和静电平衡条件得 E内= E1 – E3 = 0，
所以 E1 = E2 = E3 = E4 。
因此由场强叠加原理得导体表面外紧邻处的场强
E外= E2 + E4 = 2E2 = s/e0。
10
编辑ppt