靜電場中導(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狀態(tài)靜電場中的導(dǎo)體

2.導(dǎo)體的靜電平衡條件無外電場加外電場：電子在電場力作用下運動導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程外場感應(yīng)導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程外場感應(yīng)導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程外場感應(yīng)導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程外場感應(yīng)導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程外場感應(yīng)導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程外場感應(yīng)導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程外場感應(yīng)導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程外場感應(yīng)導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程外場感應(yīng)導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程靜電平衡狀態(tài)

靜電平衡條件：等價條件：靜電平衡時，導(dǎo)體為等勢體(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：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)無凈電荷存在即

設(shè)內(nèi)表面有等量異號電荷即----矛盾則(2)空腔內(nèi)有電荷q時：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.表面附近電場強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明:設(shè)有相距很遠(yuǎn)、用導(dǎo)線相連的兩導(dǎo)體球說明：(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

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)對外電場的屏蔽(2)接地空腔導(dǎo)體屏蔽腔內(nèi)電荷對外界的影響4.靜電除塵5.靜電噴涂

導(dǎo)體放入靜電場中：四、有導(dǎo)體時靜電場的分析舉例導(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)生的電場強度及此時球心處的電勢；(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處電場強度為零，是±q’和q的電場疊加的結(jié)果即所有感應(yīng)電荷在O處的電勢

(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動電荷的物體，又稱為絕緣體一、電介質(zhì)的分類無極分子電介質(zhì)：無外電場時分子的正負(fù)電荷中心重合沒有固有電矩的分子稱為無極分子甲烷CH4§9-5靜電場中的電介質(zhì)

有極分子電介質(zhì)：無外電場時分子正負(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.無極分子的極化正負(fù)電荷中心在外電場作用下發(fā)生相對位移的結(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)中的靜電場極化電荷的電場，使原電場分布改變介質(zhì)中某點介質(zhì)外：可能增強、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

一、孤立導(dǎo)體的電容設(shè)孤立導(dǎo)體帶電量為q，電勢為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：兩個帶有等值異號電荷的導(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的能量設(shè)物體帶電q時，電勢為U，再將dq從移到q上，外力作功一、帶電體的能量整個過程:外力克服電場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、電場的能量以平板介質(zhì)電容器為例單位體積的能量(電場能量密度)為*對任意電場適用;電場具有能量是電場物質(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?，F(xiàn)在將電容器充電到電勢差為U，切斷電源后再將銅板抽出。試求抽出銅板時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、美國物理學(xué)家富蘭克林（1706—1790年）正在邀請人們參觀他的新發(fā)明。其中一個闊太太問：“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，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時，靜電位可達(dá)250kV；

在印刷和造紙工業(yè)中，紙離開輥筒時，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)人體帶電實驗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

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

油罐車裝卸汽油時:

濕度35%40%時，靜電電位為1100V;濕度50%時，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油滴帶電3

靜電噴漆靜電噴漆動畫5

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

靜電復(fù)印靜電復(fù)印動畫高壓靜電種子處理技術(shù)高壓

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

100kVm-120min種子場強時間小顆粒

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

實用菌

100kVm-1

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

場強

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%時間縮短8%油菜產(chǎn)量提高31%時間縮短17%韭菜產(chǎn)量提高98%時間縮短36%高強度脈沖電場用于液態(tài)食品的滅菌1食品的滅菌運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:

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)的改變及營養(yǎng)價值的下降，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滅菌磁場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)置于高強度脈沖電場中，食品中微生物的細(xì)胞膜在強電場的作用下被擊穿，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原理二電場滅菌的原理及裝置在強電場作用下，細(xì)胞膜兩表面堆積的異號電荷相互吸引，引起膜的擠壓.+-高電壓強電場當(dāng)擠壓力大于膜的彈性力時，產(chǎn)生穿孔.++--脈沖發(fā)生器控制單元RCLE>10kV/cm+-高電壓強電場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