靜電場中的導體和電介質(zhì)

靜電場中的導體和電介質(zhì)第一頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五§10.1靜電場中的導體一.導體的靜電平衡條件1.靜電平衡electrostaticequilibrium導體內(nèi)部和表面無自由電荷的定向移動，則導體處于靜電平衡狀態(tài)。2.導體靜電平衡的條件導體是等勢體，表面是等勢面第二頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五二.導體上電荷的分布由導體的靜電平衡條件和靜電場的基本性質(zhì)，可以得出導體上的電荷分布。1.實心帶電導體證明：在導體內(nèi)任取體積元由高斯定理體積元任取證畢導體帶電只能在表面第三頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五證明:

S?2.空心帶電導體電荷只分布在外表面在導體殼內(nèi)緊貼內(nèi)表面作高斯面S高斯定理若內(nèi)表面有一部分是正電荷，一部分是負電荷則會從正電荷向負電荷發(fā)電力線第四頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五孤立導體+++++++++++++++++++導體球孤立帶電4.靜電屏蔽(腔內(nèi)、腔外的場互不影響)腔內(nèi)腔外內(nèi)表面外表面導體由實驗可得以下定性的結(jié)論：

在表面凸出的尖銳部分電荷面密度較大，在比較平坦部分電荷面密度較小，在表面凹進部分帶電面密度最小。ABC3.處于靜電平衡的孤立帶電導體電荷分布

第五頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五熒光質(zhì)導電膜

+高壓場離子顯微鏡(FIM)金屬尖端的強電場的應用一例接真空泵或充氦氣設(shè)備金屬尖端接地原理：樣品制成針尖形狀，針尖與熒光膜之間加高壓，樣品附近極強的電場使吸附在表面的原子電離，氦離子沿電力線運動，撞擊熒光膜引起發(fā)光，從而獲得樣品表面的圖象。第六頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五三有導體存在時靜電場場量的計算原則:1.靜電平衡的條件2.基本性質(zhì)方程3.電荷守恒定律第七頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五例1金屬球A與金屬球殼B同心放置求:1)電量分布已知：球A半徑為帶電為金屬殼B內(nèi)外半徑分別為帶電為2)球A和殼B的電勢第八頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五解：1)導體帶電在表面球A的電量只可能在球的表面殼B有兩個表面電量可能分布在內(nèi)、外兩個表面由于AB同心放置仍維持球?qū)ΨQ電量在表面均勻分布第九頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五球A均勻分布著電量由高斯定理和電量守恒可以證明殼B的電量分布是相當于均勻帶電的球面相當于一個均勻帶電的球面第十頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五證明殼B上電量的分布：在B內(nèi)緊貼內(nèi)表面作高斯面面S的電通量高斯定理電荷守恒定律第十一頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五§10.2電容和電容器capacityandcapacitor1.孤立導體的電容單位:法拉(F)孤立導體的電勢孤立導體的電容

+

+++++++++++++++Qu↑E↑

求半徑為R的孤立導體球的電容.電勢為電容為R第十二頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五通常，由彼此絕緣相距很近的兩導體構(gòu)成電容器。極板極板+

Q-

Qu使兩導體極板帶電兩導體極板的電勢差2.電容器的電容電容器的電容第十三頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五

電容器電容的計算

Q電容器電容的大小取決于極板的形狀、大小、相對位置以及極板間介質(zhì)。duS+Q-Q(1)平行板電容器第十四頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五(2)球形電容器R1+Q-QR2ab(3)柱形電容器R1R2l第十五頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五若R1>>R2-R1,則

C=?討論uR1R2l第十六頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五例求柱形電容器單位長度的電容設(shè)單位長度帶電量為柱形<<解：第十七頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五三電容器的串并聯(lián)第十八頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五實驗結(jié)果：插入電介質(zhì)后，極板間電壓減小。電介質(zhì)與外電場之間存在相互作用§10.3靜電場中的電介質(zhì)一電介質(zhì)效應相對介電常數(shù)第十九頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五電介質(zhì)：大量電中性分子組成的絕緣體。電介質(zhì)的特點：電子被束縛在自身所屬的原子核周圍，不能到處移動，介質(zhì)內(nèi)幾乎沒有自由電荷。第二十頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五電介質(zhì)對電場的影響電介質(zhì):絕緣體(放在電場中的)電介質(zhì)電場r實驗r—電介質(zhì)的相對介電常數(shù)結(jié)論:介質(zhì)充滿電場或介質(zhì)表面為等勢面時+Q-Q++++++++++++++++----------------介質(zhì)中電場減弱第二十一頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五二電介質(zhì)的極化+-+有極分子polarmolecules無外場時：有極分子無極分子電中性無極分子non~第二十二頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五電中性熱運動---紊亂2.有電場時有極分子介質(zhì)均勻位移極化邊緣出現(xiàn)電荷分布極化現(xiàn)象無極分子介質(zhì)取向極化共同效果有極分子無極分子————————————++++++++++++1.無電場時E無熱擾動

極化電荷或稱束縛電荷

第二十三頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五———+++—————————+++++++++導體電介質(zhì)E=E0+E’=0E=E0+E’=0E0E0E0E0第二十四頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五三.有介質(zhì)時的高斯定理

無電介質(zhì)時有電介質(zhì)時r+++++++++---------+++++++++++++++++--------------------—電位移矢量令：第二十五頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五例平行板電容器，其中充有兩種均勻電介質(zhì)。求(1)各電介質(zhì)層中的場強(2)極板間電勢差解做一個圓柱形高斯面同理，做一個圓柱形高斯面第二十六頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五?

不同電介質(zhì)層中的場強不同?相當于電容器的串聯(lián)第二十七頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五AB§10.4

電場的能量

以平行板電容器為例，來計算電場能量。

+設(shè)在時間t內(nèi)，從B板向A板遷移了電荷在將dq從B板遷移到A板需作功極板上電量從0—Q作的總功為第二十八頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五忽略邊緣效應，對平行板電容器有能量密度不均勻電場中（適用于所有電場）第二十九頁，共