靜電場(chǎng)中導(dǎo)體2011

一、導(dǎo)體的靜電平衡條件1.靜電感應(yīng)現(xiàn)象靜電感應(yīng)：外電場(chǎng)使導(dǎo)體中電荷重新分布而呈現(xiàn)出帶電的現(xiàn)象靜電平衡狀態(tài)：導(dǎo)體內(nèi)部和表面上都沒有電荷的定向移動(dòng)狀態(tài)靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體

2.導(dǎo)體的靜電平衡條件無(wú)外電場(chǎng)加外電場(chǎng)：電子在電場(chǎng)力作用下運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過(guò)程導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過(guò)程外場(chǎng)感應(yīng)導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過(guò)程外場(chǎng)感應(yīng)導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過(guò)程外場(chǎng)感應(yīng)導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過(guò)程外場(chǎng)感應(yīng)導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過(guò)程外場(chǎng)感應(yīng)導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過(guò)程外場(chǎng)感應(yīng)導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過(guò)程外場(chǎng)感應(yīng)導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過(guò)程外場(chǎng)感應(yīng)導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過(guò)程外場(chǎng)感應(yīng)導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過(guò)程靜電平衡狀態(tài)

靜電平衡條件：等價(jià)條件：靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體為等勢(shì)體(1)導(dǎo)體內(nèi)部：(2)導(dǎo)體表面：

二、靜電平衡導(dǎo)體的電荷分布1.導(dǎo)體內(nèi)部沒有凈電荷，電荷分布在導(dǎo)體表面上證：在導(dǎo)體內(nèi)任一點(diǎn)P處取一任意小的高斯面S靜電平衡導(dǎo)體內(nèi)

----體內(nèi)無(wú)凈電荷

2.有空腔的導(dǎo)體：設(shè)空腔導(dǎo)體帶電荷Q(1)空腔內(nèi)沒有電荷時(shí)：電荷分布在導(dǎo)體外表面證：在導(dǎo)體內(nèi)作一包圍空腔的高斯面S導(dǎo)體內(nèi)----S內(nèi)無(wú)凈電荷存在即

設(shè)內(nèi)表面有等量異號(hào)電荷即----矛盾則(2)空腔內(nèi)有電荷q時(shí)：空腔內(nèi)表面：-q

導(dǎo)體外表面：Q+q由高斯定理和電荷守恒定律可證

3.表面附近電場(chǎng)強(qiáng)度的大小與該處表面的電荷面密度成正比證:作垂直于導(dǎo)體表面的小圓柱面，上底緊靠導(dǎo)體表面，下底在導(dǎo)體內(nèi)部4.表面曲率越大處，電荷面密度越大以一特例說(shuō)明:設(shè)有相距很遠(yuǎn)、用導(dǎo)線相連的兩導(dǎo)體球說(shuō)明：(1)上述結(jié)果是一特例的結(jié)果(2)尖銳部分較大，平坦部分較小，凹進(jìn)部分最小三、導(dǎo)體靜電平衡特性的應(yīng)用1.尖端放電避雷針F高壓電源EE：起電針尖F：刮電針尖2.范德格拉夫起電機(jī)

3.靜電屏蔽靜電屏蔽：隔絕電的相互作用，使內(nèi)外互不影響的現(xiàn)象(1)對(duì)外電場(chǎng)的屏蔽(2)接地空腔導(dǎo)體屏蔽腔內(nèi)電荷對(duì)外界的影響4.靜電除塵5.靜電噴涂

導(dǎo)體放入靜電場(chǎng)中：四、有導(dǎo)體時(shí)靜電場(chǎng)的分析舉例導(dǎo)體的電荷重新分布導(dǎo)體上的電荷分布影響電場(chǎng)分布靜電平衡狀態(tài)

[例]半徑為R的不帶電導(dǎo)體球附近有一點(diǎn)電荷q，它與球心O相距d，求(1)導(dǎo)體球上感應(yīng)電荷在球心處產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度及此時(shí)球心處的電勢(shì)；(2)若將導(dǎo)體球接地，球上的凈電荷為多少？解：(1)建立如圖所示的坐標(biāo)系設(shè)導(dǎo)體球表面感應(yīng)出電荷q’

球心O處電場(chǎng)強(qiáng)度為零，是±q’和q的電場(chǎng)疊加的結(jié)果即所有感應(yīng)電荷在O處的電勢(shì)

(2)導(dǎo)體球接地：解得設(shè)球上的凈電荷為q1

電介質(zhì)：內(nèi)部幾乎沒有可以自由運(yùn)動(dòng)電荷的物體，又稱為絕緣體一、電介質(zhì)的分類無(wú)極分子電介質(zhì)：無(wú)外電場(chǎng)時(shí)分子的正負(fù)電荷中心重合沒有固有電矩的分子稱為無(wú)極分子甲烷CH4§9-5靜電場(chǎng)中的電介質(zhì)

有極分子電介質(zhì)：無(wú)外電場(chǎng)時(shí)分子正負(fù)電荷中心不重合水H2O具有固有電矩的分子稱為有極分子

二、電介質(zhì)的極化1.無(wú)極分子的極化正負(fù)電荷中心在外電場(chǎng)作用下發(fā)生相對(duì)位移的結(jié)果----位移極化誘導(dǎo)電偶極矩2.有極分子的極化分子偶極子在外電場(chǎng)的作用下發(fā)生轉(zhuǎn)向的結(jié)果----轉(zhuǎn)向極化

四、介質(zhì)中的靜電場(chǎng)極化電荷的電場(chǎng)，使原電場(chǎng)分布改變介質(zhì)中某點(diǎn)介質(zhì)外：可能增強(qiáng)、減弱或改變方向介質(zhì)內(nèi)：減弱，極化相應(yīng)減弱----退極化場(chǎng)

一、孤立導(dǎo)體的電容設(shè)孤立導(dǎo)體帶電量為q，電勢(shì)為U----孤立導(dǎo)體的電容單位:法拉(F),1F=1C/V電容和電容器定義:

二、電容器電容器：兩個(gè)帶有等值異號(hào)電荷的導(dǎo)體組成的系統(tǒng)設(shè)真空中的導(dǎo)體A和B所帶電量分別為+q和-q定義:----電容器的電容

1.平板電容器設(shè)極板所帶電荷為q則2.圓柱形電容器---兩同軸圓柱面構(gòu)成設(shè)內(nèi)外柱面帶有電荷分別為+q和-q兩柱面間、距軸線為r處

3.球形電容器---兩同心球殼構(gòu)成設(shè)內(nèi)外球殼分別帶有電荷+q和-q討論：電容與極板所帶電量無(wú)關(guān)，只與電容器的幾何結(jié)構(gòu)有關(guān);充滿介質(zhì)的電容器，其電容比真空時(shí)的電容大r倍各電容器上的電壓相等

三、電容器的串并聯(lián)1.并聯(lián):電容器組總電量q為各電容電量之和2.串聯(lián):各電容器的電量相等，為電容器組的總電量q總電壓為各電容器電壓之和討論:并聯(lián)可獲得較大的電容;串聯(lián)時(shí)等效電容比每一電容器的電容小,但電容器組的耐壓能力提高電場(chǎng)的能量設(shè)物體帶電q時(shí)，電勢(shì)為U，再將dq從移到q上，外力作功一、帶電體的能量整個(gè)過(guò)程:外力克服電場(chǎng)力作功帶電體靜電能

二、電容器的能量將dq由b板移到a板，外力需作功帶電電容器的能量為

三、電場(chǎng)的能量以平板介質(zhì)電容器為例單位體積的能量(電場(chǎng)能量密度)為*對(duì)任意電場(chǎng)適用;電場(chǎng)具有能量是電場(chǎng)物質(zhì)性的一種表現(xiàn)

[例]空氣平板電容器的極板面積為S，極板間距為d，其中插入一塊厚度為d’的平行銅板。現(xiàn)在將電容器充電到電勢(shì)差為U，切斷電源后再將銅板抽出。試求抽出銅板時(shí)外力所作的功外力的功等于抽出銅板前后該電容器電能的增量解：

抽出銅板前電容器的電容為極板上的電荷不變

抽出銅板后電容為*避雷針與嬰兒

避雷針的發(fā)明者、美國(guó)物理學(xué)家富蘭克林（1706—1790年）正在邀請(qǐng)人們參觀他的新發(fā)明。其中一個(gè)闊太太問：“可是，它有什么用呢？”富蘭克林回答道：“夫人，新生的嬰兒又有什么用呢？”靜電的防治及應(yīng)用1

靜電的種類

摩擦電

兩物體經(jīng)相互摩擦分開時(shí)，通常電容率大的材料帶正電，電容率小的材料帶負(fù)電.科茵定則:一靜電及其效應(yīng)

感應(yīng)電導(dǎo)體的靜電感應(yīng)+++++感應(yīng)電荷閃電雷擊與避雷針靜電感應(yīng)電暈放電可靠接地++++++帶電云2靜電電位的高低

在橡膠工業(yè)中，合成橡膠從苯槽中出來(lái)時(shí)，靜電位可達(dá)250kV；

在印刷和造紙工業(yè)中，紙離開輥筒時(shí)，靜電位可達(dá)1020kV；

在塑料工業(yè)中，塑料制品表面經(jīng)摩擦,其電位可達(dá)1kV以上，賽璐璐互相摩擦?xí)r帶電電位高達(dá)40kV.

在汽車運(yùn)輸業(yè)中，輪胎在一般車速下可充電1550kV，傳遞皮帶上帶電3040

kV，最高達(dá)80kV.摩擦起電感應(yīng)起電傳導(dǎo)起電人體帶電方式3人體的靜電效應(yīng)人體帶電實(shí)驗(yàn)人在絕緣良好的地毯上行走，可帶上35kV的靜電.靜電電擊人體的生理效應(yīng)1kV2kV3kV4kV5kV6kV7kV8kV帶電電位電擊感程度無(wú)手指外側(cè)稍有感覺,微弱放電聲手指有痛感手指有針刺狀痛手心到前腕電擊感,看到放電火花手指劇痛手指全部有痛感手指到前腕強(qiáng)烈電擊感1

接地法二靜電的防護(hù)2

給濕法3

抗靜電劑法4導(dǎo)電材料法5

靜電消除器法6

靜電屏蔽法防靜電服1

接地法

用良導(dǎo)體把易生靜電的導(dǎo)體部件接地.接地鏈

對(duì)絕緣體，可包上金屬物.油管、油槽車、油船體等相對(duì)濕度>70%，可防止靜電電荷積累.

油罐車裝卸汽油時(shí):

濕度35%40%時(shí)，靜電電位為1100V;濕度50%時(shí)，500600V;濕度>72%，靜電電位基本消失.2

給濕法3

抗靜電劑法為表面活性劑，由親水和疏水兩基團(tuán)構(gòu)成，主要以油脂為原料，其作用是使表面吸附水分，形成水膜，減少電阻率，能賦予塑料或化纖制品等以吸濕性（親水性）和電離性，增強(qiáng)導(dǎo)電性能.易生靜電部件用導(dǎo)體材料.4

導(dǎo)電材料法用導(dǎo)電橡膠、涂導(dǎo)電漆或添加石墨、碳黑、金屬粉末.不同纖維混紡，用導(dǎo)電纖維制防靜電服等.

靜電刷5

靜電消除器法

噴“離子風(fēng)”——高壓離子流，產(chǎn)生與靜電電性相反的離子來(lái)中和.

用放射性元素輻射(X射線、射線等)靜電刷6

靜電屏蔽法屏蔽盒屏蔽車間屏蔽線1靜電除塵四靜電的利用煙氣入口塵埃出口kV凈氣出口靜電除塵動(dòng)畫電暈放電金屬百葉窗2

靜電分離沙沙里“逃”金含金子的沙金子高壓油水分離技術(shù)示意圖油顆粒油水混合物油水油水分離油滴聚合施加電場(chǎng)油滴帶電3

靜電噴漆靜電噴漆動(dòng)畫5

靜電種植高壓靜電種子處理技術(shù)人工靜電場(chǎng)設(shè)置技術(shù)4

靜電復(fù)印靜電復(fù)印動(dòng)畫高壓靜電種子處理技術(shù)高壓

對(duì)水稻、小麥等種子處理后，其產(chǎn)量可提高5%10%．?dāng)?shù)據(jù)來(lái)源:物理Vol.29,550-552,2000大顆粒

100kVm-120min種子場(chǎng)強(qiáng)時(shí)間小顆粒

30kVm-15min種子人工靜電場(chǎng)設(shè)置技術(shù)上午、下午各2h

實(shí)用菌

100kVm-1

猴頭菇\平菇處理方法:效果:猴頭菇產(chǎn)量提高37%時(shí)間縮短26%平菇產(chǎn)量提高51%時(shí)間縮短44%數(shù)據(jù)來(lái)源:物理Vol.29,550552,2000電暈放電直流高壓0.5m+-蔬菜

場(chǎng)強(qiáng)

65kVm-1，4h/d

芹菜\油菜\韭菜處理方法:效果比較:芹菜產(chǎn)量提高36%時(shí)間縮短8%油菜產(chǎn)量提高31%時(shí)間縮短17%韭菜產(chǎn)量提高98%時(shí)間縮短36%高強(qiáng)度脈沖電場(chǎng)用于液態(tài)食品的滅菌1食品的滅菌運(yùn)用各種手段殺滅食品中的有害微生物，從而保持食品的品質(zhì)并達(dá)到一定的保藏期.一食品的滅菌與滅菌方法2

常用滅菌方法巴氏滅菌、阿佩爾滅菌、化學(xué)藥劑滅菌、輻射滅菌等3

加熱滅菌的方法加熱使食品中腐敗菌內(nèi)的蛋白質(zhì)凝固變性，導(dǎo)致細(xì)菌失活.

缺點(diǎn):

食品受熱后，發(fā)生物理或化學(xué)性質(zhì)的變化，造成其色、香、味、組織結(jié)構(gòu)的改變及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的下降，產(chǎn)生各種褐變反應(yīng)及酸敗，維生素受破壞等.4

非加熱物理滅菌方法種類電場(chǎng)滅菌磁場(chǎng)滅菌光脈沖滅菌高壓滅菌真空滅菌將液態(tài)食品作為電介質(zhì)置于高強(qiáng)度脈沖電場(chǎng)中，食品中微生物的細(xì)胞膜在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下被擊穿，產(chǎn)生不可修復(fù)的破裂或穿孔，使細(xì)胞組織受損，導(dǎo)致微生物失活.1原理二電場(chǎng)滅菌的原理及裝置在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，細(xì)胞膜兩表面堆積的異號(hào)電荷相互吸引，引起膜的擠壓.+-高電壓強(qiáng)電場(chǎng)當(dāng)擠壓力大于膜的彈性力時(shí)，產(chǎn)生穿孔.++--脈沖發(fā)生器控制單元RCLE>10kV/cm+-高電壓強(qiáng)電場(chǎng)脈沖寬度頻率高壓電源Food2裝置高壓脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的高壓脈沖,被加到殺菌容器的兩極板