Ch6-1 靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體

第六章靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電知識(shí)與電子技術(shù)電容位移振動(dòng)傳感器234思考1、火藥或有爆炸危險(xiǎn)的建筑物為什么要用金屬網(wǎng)蒙起來(lái)，再將金屬網(wǎng)很好的接地?2、在高壓輸電線上帶電工作的人員為什么要穿上金屬絲制成的衣服?3、高壓電器設(shè)備中，為什么所有金屬元件應(yīng)避免帶有尖棱，最好作成球形?5一.導(dǎo)體的微觀模型:基本不動(dòng)的帶正電荷的晶格+自由電子組成。自由電子二.導(dǎo)體受外界靜電場(chǎng)的影響1.無(wú)外場(chǎng)時(shí):自由電子只在晶格附近作無(wú)規(guī)熱運(yùn)動(dòng),無(wú)宏觀定向運(yùn)動(dòng),導(dǎo)體內(nèi)正負(fù)電荷分布均勻,對(duì)外不顯電性.2.有外場(chǎng)時(shí):自由電子在無(wú)規(guī)熱運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上疊加沿外場(chǎng)方向的宏觀定向運(yùn)動(dòng),導(dǎo)體內(nèi)正負(fù)電荷將重新分布,即出現(xiàn)靜電感應(yīng)現(xiàn)象.+++++++----------++++6三.靜電感應(yīng)靜電平衡條件1.靜電平衡+++++++++感應(yīng)電荷7++++++++++++8++++++++導(dǎo)體內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度外電場(chǎng)強(qiáng)度感應(yīng)電荷電場(chǎng)強(qiáng)度92.靜電平衡條件靜電平衡時(shí),在外場(chǎng)作用下,自由電子重新分布結(jié)束,最后,所有電子均停止宏觀運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。（1）導(dǎo)體內(nèi)部任何一點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度為零（2）導(dǎo)體表面處的電場(chǎng)強(qiáng)度的方向,都與導(dǎo)體表面垂直四.靜電平衡下導(dǎo)體的電特性1.場(chǎng)強(qiáng)特性(1)導(dǎo)體內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)處處為零10證明:用反證法.若,則自由電子將受靜電力而做加速運(yùn)動(dòng),與靜電平衡相矛盾.(2)導(dǎo)體表面附近的場(chǎng)強(qiáng)方向與導(dǎo)體表面處處垂直證明:用反證法。若不垂直,則存在切向分量,表面的電子將受切向靜電力而加速運(yùn)動(dòng),這與靜電平衡相矛盾.++++++112.電勢(shì)特性(1)導(dǎo)體內(nèi)部電勢(shì)相等.(2)導(dǎo)體表面是一個(gè)等勢(shì)面.導(dǎo)體是等勢(shì)體++++++證明:在導(dǎo)體表面或內(nèi)部任取兩點(diǎn)a和b,則有:場(chǎng)強(qiáng)特性電勢(shì)特性123.電荷特性++++++++++結(jié)論:凈電荷分布在導(dǎo)體表面，內(nèi)部無(wú)凈電荷。(1)

實(shí)心導(dǎo)體(2)有空腔導(dǎo)體空腔內(nèi)無(wú)電荷電荷分布在表面上內(nèi)表面上有電荷嗎？13若內(nèi)表面帶電所以內(nèi)表面不帶電++--結(jié)論：①電荷分布在外表面上（內(nèi)表面無(wú)電荷）；②導(dǎo)體外表面以內(nèi)各點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度都為零，導(dǎo)體及空腔都等電勢(shì)。++++++++++矛盾導(dǎo)體是等勢(shì)體14空腔內(nèi)有電荷電荷分布在表面上內(nèi)表面上有電荷嗎？

結(jié)論

當(dāng)空腔內(nèi)有電荷時(shí),內(nèi)表面因靜電感應(yīng)出現(xiàn)等值異號(hào)的電荷，外表面有感應(yīng)電荷（電荷守恒）15+++++++++++為表面電荷面密度作錢幣形高斯面

S(3)導(dǎo)體表面電場(chǎng)強(qiáng)度與電荷面密度的關(guān)系表面電場(chǎng)強(qiáng)度的大小與該表面電荷面密度成正比16+++++++++注意:導(dǎo)體表面電荷分布與導(dǎo)體形狀以及周圍環(huán)境有關(guān).(4)導(dǎo)體表面電荷分布17尖端放電現(xiàn)象孤立導(dǎo)體靜電平衡時(shí)，曲率越小的地方，面電荷密度越大。18帶電導(dǎo)體尖端附近電場(chǎng)最強(qiáng)帶電導(dǎo)體尖端附近的電場(chǎng)特別大，可使尖端附近的空氣發(fā)生電離而成為導(dǎo)體產(chǎn)生放電現(xiàn)象，即尖端放電。弊：會(huì)損耗電能(如電暈),還會(huì)干擾精密測(cè)量和對(duì)通訊產(chǎn)生危害。尖端放電現(xiàn)象的利與弊思考題：高壓電器設(shè)備中，為什么所有金屬元件應(yīng)避免帶有尖棱，最好作成球形?避免尖端放電產(chǎn)生。19利：靜電起電機(jī)、靜電除塵機(jī)、電風(fēng)、電風(fēng)輪、避雷針。避雷針20靜電感應(yīng)電暈放電可靠接地帶電云避雷針的工作原理++++－－－－－++－+21<電風(fēng)實(shí)驗(yàn)>++++++++++在課余時(shí)間觀看尖端放電相關(guān)視頻22五.靜電屏蔽

1.屏蔽外電場(chǎng)外電場(chǎng)空腔導(dǎo)體可以屏蔽外電場(chǎng),使空腔內(nèi)物體不受外電場(chǎng)影響.這時(shí),整個(gè)空腔導(dǎo)體和腔內(nèi)的電勢(shì)也必處處相等.空腔導(dǎo)體屏蔽外電場(chǎng)23靜電屏蔽的應(yīng)用同軸電纜線中的屏蔽層

高壓帶電操作的屏蔽服

24接地空腔導(dǎo)體將使外部空間不受空腔內(nèi)的電場(chǎng)影響.問(wèn)：空間各部分的電場(chǎng)強(qiáng)度如何分布？接地導(dǎo)體電勢(shì)為零

2.屏蔽腔內(nèi)電場(chǎng)++++++++25q–qU=0Q+q’殼內(nèi)外場(chǎng)互不影響3.接地的封閉導(dǎo)體殼，屏蔽了殼內(nèi)、外的電場(chǎng)的影響。26說(shuō)明：空腔導(dǎo)體殼接地與否，外界均對(duì)殼內(nèi)電場(chǎng)無(wú)任何影響.外界不影響內(nèi)部腔外表面的電荷分布不影響腔內(nèi)電場(chǎng)分布271、火藥或有爆炸危險(xiǎn)的建筑物為什么要用金屬網(wǎng)蒙起來(lái)，再將金屬網(wǎng)很好的接地?2、在高壓輸電線上帶電工作的人員為什么要穿上金屬絲制成的衣服(均壓服)?答：金屬網(wǎng)起靜電屏蔽作用。避免由于雷電引起爆炸。答：均壓服起靜電屏蔽作用。避免外電場(chǎng)深入人體內(nèi)部，也使感應(yīng)電流只通過(guò)均壓服，避免留過(guò)人體。從而保證人身安全。在課余時(shí)間觀看靜電屏蔽視頻28例1.

有一外半徑和內(nèi)半徑的金屬球殼，在球殼內(nèi)放一半徑的同心金屬球，若使球殼和金屬球