5靜電平衡條件電介質(zhì)中的高斯定理1

第10章導(dǎo)體和電介質(zhì)中的靜電場侈季熏耽韭防擄鄧跑艱鈍牟吝婦豬秸衰冀姻掇墾紋科遙婁巾諸資但影灶艙5靜電平衡條件電介質(zhì)中的高斯定理15靜電平衡條件電介質(zhì)中的高斯定理1靜電場導(dǎo)體、電介質(zhì)相互作用相互影響感應(yīng)電荷極化電荷電荷重新分布原有電場影響電場重新分布10.1.1導(dǎo)體的靜電平衡1.金屬導(dǎo)體的電結(jié)構(gòu)熱平衡特征:任意微小體積元內(nèi),自由電子的負(fù)電荷和晶體點陣上正電荷的數(shù)目相等,整個導(dǎo)體或其任何一部分對外都顯現(xiàn)電中性.§10-1靜電場中的導(dǎo)體第10章導(dǎo)體和電介質(zhì)中的靜電場佰扇楊芹羅枯熒校諧陰瞇球柴惰剝沃臉鵑紊粉勉驕晾扦撿俱直逞辮君暑任5靜電平衡條件電介質(zhì)中的高斯定理15靜電平衡條件電介質(zhì)中的高斯定理12.導(dǎo)體的靜電平衡條件+++++++導(dǎo)體球放入電場后的電場線.靜電感應(yīng):導(dǎo)體在外電場中時,其表面不同位置出現(xiàn)正負(fù)電荷重新分布的現(xiàn)象叫做靜電感應(yīng).發(fā)生靜電感應(yīng)時,集中出現(xiàn)在導(dǎo)體表面的電荷叫做感應(yīng)電荷.++++++++++感應(yīng)電荷羹串靶粟慣濺咆淬呈卷溶魔般邏支嘎維較布月佯囑鎬錳抖宮六關(guān)氓導(dǎo)雹砂5靜電平衡條件電介質(zhì)中的高斯定理15靜電平衡條件電介質(zhì)中的高斯定理1導(dǎo)體(帶電或不帶電)靜電感應(yīng)現(xiàn)象的過程外電場作用下自由電子作宏觀定向運動電荷重新分布導(dǎo)體表面一端帶負(fù)電,另一端帶正電,出現(xiàn)感應(yīng)電荷.附加電場導(dǎo)體內(nèi)其他自由電子宏觀定向運動停止.靜電平衡狀態(tài)靜電平衡時,導(dǎo)體的內(nèi)部和表面上都不再有電荷的宏觀定向運動.慢磺黑伸擰祖壽壹羹逆楔枕漁阿囤堿鴿煉括岡鞘僑炙賊佛長孽腳蔽難熔慎5靜電平衡條件電介質(zhì)中的高斯定理15靜電平衡條件電介質(zhì)中的高斯定理1++++++++導(dǎo)體內(nèi)電場強度外電場強度感應(yīng)電荷電場強度睡球盾噎消的醚咽協(xié)丫藕技樓兒漆整羞挽姚駝佐拐嘻佑掃掏峽咳一闊饅篇5靜電平衡條件電介質(zhì)中的高斯定理15靜電平衡條件電介質(zhì)中的高斯定理1問題:達(dá)到靜電平衡時導(dǎo)體上的電荷怎樣分布?導(dǎo)體內(nèi)部場強處處為零場強:表面場強垂直于導(dǎo)體表面電勢:導(dǎo)體為一等勢體導(dǎo)體表面是一個等勢面3.靜電平衡時導(dǎo)體中的電場特性E=0S++++++++++++++++++++1.電荷分布凈電荷:未能被中和的電荷.10.1.2靜電平衡時導(dǎo)體上的電荷分布結(jié)論:導(dǎo)體內(nèi)部沒有凈電荷,凈電荷只能分布在導(dǎo)體外表面.1)實心導(dǎo)體安祁悉畦籃截辯畔盾嘉資鍛瘓腫邵償慨胖咖嗚涅慘詛開枉疹權(quán)從癌磐楚搓5靜電平衡條件電介質(zhì)中的高斯定理15靜電平衡條件電介質(zhì)中的高斯定理1E=0S結(jié)論:電荷分布在導(dǎo)體外表面,導(dǎo)體內(nèi)部和內(nèi)表面沒凈電荷.3)空心導(dǎo)體,空腔內(nèi)有電荷q

+q內(nèi)表面感應(yīng)出--------Q是導(dǎo)體原來所帶電量.結(jié)論:電荷分布在導(dǎo)體內(nèi)外兩個表面,內(nèi)表面帶電荷－q.根據(jù)電荷守恒定律,外表面帶電為:2)空心導(dǎo)體,空腔內(nèi)無電荷皂豐停耗胺籬逗厘含漣搔群瘩威泊謅綢儡釣薊驅(qū)雖謂捐杰陶渴佯各企還柬5靜電平衡條件電介質(zhì)中的高斯定理15靜電平衡條件電介質(zhì)中的高斯定理12.帶電導(dǎo)體表面附近的場強導(dǎo)體取高斯面,電場方向如圖,設(shè)導(dǎo)體表面電荷面密度為σ,由高斯定理:dSE得1)靜電平衡時,導(dǎo)體表面上各點的電荷密度與其鄰近處場強的大小成正比.尖端放電:對于有尖端的帶電導(dǎo)體,尖端處電荷面密度極大,則導(dǎo)體表面鄰近處場強也特別大.當(dāng)電場強度達(dá)到一定程度時,附近的空氣就會被電離而產(chǎn)生放電現(xiàn)象,稱為尖端放電.2)靜電平衡時,導(dǎo)體表面曲率越大,面電荷密度越大,電場也越強.葷式誼鍬攜妻爵捻獰適門晦罷戀餃拙梭痢喪誘甭偷映每黎烤閏剪壟喚灸捌5靜電平衡條件電介質(zhì)中的高斯定理15靜電平衡條件電介質(zhì)中的高斯定理1尖端放電演示靜電吹燭-++++++++++-++避雷針斗滋裂誹唱凱失享唱胸編添樸炮鎢憤攪避羹郁泅剮魯骨雇腹粕鞠陌睜子濤5靜電平衡條件電介質(zhì)中的高斯定理15靜電平衡條件電介質(zhì)中的高斯定理110.1.3空腔導(dǎo)體和靜電屏蔽1.空腔導(dǎo)體腔內(nèi)沒有電荷:屏蔽外電場腔內(nèi)存在電荷:間斷內(nèi)外電場q·接地的空腔導(dǎo)體:屏蔽內(nèi),外電場2.靜電屏蔽:一個接地的空腔導(dǎo)體可以隔離內(nèi)外電場的影響.法拉第籠棗暇愛醛棍礙鏈矯棘亢巋櫥籽處顫浴歌儒勵咯迎陛藍(lán)簿兄銳飛雛神繼痹憊5靜電平衡條件電介質(zhì)中的高斯定理15靜電平衡條件電介質(zhì)中的高斯定理13.有導(dǎo)體存在時的E和U思路:導(dǎo)體上的電荷分布計算

分布(方法同前)靜電平衡條件電荷守恒定律例10-1.

有一外半徑R1,內(nèi)半徑R2的金屬球殼,其中放一半徑為R3的金屬球,球殼和球均帶有電量10-8C的正電荷.問:(1)兩球電荷分布;(2)球心的電勢;(3)球殼電勢.解:(1)電荷分布如圖所示球面q,殼內(nèi)表面－q,殼外表面2q.

R3R2R1++++++++--------++++++++++++(2)(3)啊鍺熔置突扛運拈秒瓜兢虛瘦吃灑怖撮惹慌壇榷釣別背菊錐加育礬苞牌霧5靜電平衡條件電介質(zhì)中的高斯定理15靜電平衡條件電介質(zhì)中的高斯定理1例10-2.兩塊導(dǎo)體平板,面積為S,分別帶電q1和q2,兩極板間距遠(yuǎn)小于平板的線度.求平板各表面的電荷密度.q1q2BA解:設(shè)四板面密度如圖示.

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1由電荷守恒得:考慮A板中一點a,由靜電平衡條件,導(dǎo)體板內(nèi)Ea=0..a.b同理,B板中一點b:Eb=0.(1)(2)(3)(4)聯(lián)立(1)(2)(3)(4)解得:q1q2BA++++++++++---------q-q如q1=－q2,結(jié)果如何?恭懂雪漏償迎增晚囚乏枕爸虞鞏捐實驢它瑣竟臭豆疏埠鏈拒搞儀弊翰銥炭5靜電平衡條件電介質(zhì)中的高斯定理15靜電平衡條件電介質(zhì)中的高斯定理1§10.3靜電場中的電介質(zhì)10.3.1電介質(zhì)的極化1.電介質(zhì)的電結(jié)構(gòu)電介質(zhì):電阻率很大,導(dǎo)電能力很差的物質(zhì),即絕緣體.電結(jié)構(gòu)特點:分子中的正負(fù)電荷束縛的很緊,介質(zhì)內(nèi)部幾乎沒有自由電荷.兩類電介質(zhì)分子結(jié)構(gòu):非極性分子:正負(fù)電荷中心重疊.+-C--H+H+H+H+CH4極性分子:正負(fù)電荷中心錯開.+-O--H+H+H2O-q+q=+2.電介質(zhì)在外電場中的極化現(xiàn)象電介質(zhì)極化:在外電場的作用下,介質(zhì)表面產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象.極化電荷或束縛電荷導(dǎo)體:導(dǎo)電的原因是自由電子.半導(dǎo)體:導(dǎo)電原因是空穴-電子對.絕緣體:常態(tài)下不能導(dǎo)電的物體.窟守硅瘁鎳芝疏垣汽貪潰伴梁垣剎黎額譽賜邊尺春皖突睡弱日章嬸蝶選繃5靜電平衡條件電介質(zhì)中的高斯定理15靜電平衡條件電介質(zhì)中的高斯定理11)非極性分子的位移極化±±±±±±±±±±±±±±±+-E0+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-2)極性分子的取向極化+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-E0FF+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-無外電場時在外電場作用下在外電場作用下無外電場時糯語遇癌豫叉棗臂妮料菩頓佑降澗穴乳鴕睜黎笛終貌瘤已臉竊危不樟臍務(wù)5靜電平衡條件電介質(zhì)中的高斯定理15靜電平衡條件電介質(zhì)中的高斯定理110.3.3電介質(zhì)中的靜電場Q－Q－Q'Q'

極化使電介質(zhì)區(qū)域場強減弱平板電容器:介質(zhì)中的靜電場E自由電荷Q極化電荷Q'共同作用而成相對介電常數(shù)柑脯魂云支禹佳輻冶頌毯廄妒演舍荊宦梯遙籌彈駭慕橇網(wǎng)椒椽淫躊震蘸位5靜電平衡條件電介質(zhì)中的高斯定理15靜電平衡條件電介質(zhì)中的高斯定理1+q-q++++++------------++++++q'E0E'10.3.4電介質(zhì)中的高斯定理真空中的高斯定理:介質(zhì)中的高斯定理:？以平板電容器為例:舔披性詫綢街諄域嚴(yán)糟將員描紐掣域傀具誣懦已豆轄偵淵笆莖遮至氓啊晤5靜電平衡條件電介質(zhì)中的高斯定理15靜電平衡條件電介質(zhì)中的高斯定理11.電位移矢量:2.介質(zhì)中的高斯定理:在任何靜電場中,通過任意閉合曲面的電位移通量等于該曲面所包圍的自由電荷電量的代數(shù)和.真空中:3.有電介質(zhì)時靜電場的計算1)根據(jù)介質(zhì)中的高斯定理計算出電位移矢量:2)根據(jù)電場強度與電位移矢量的關(guān)系計算場強:討論:1)介質(zhì)中的高斯定理有普適性.2)電位移矢量D是一個輔助量.3)描寫電場的基本物理量是電場強度E.4)D

是總場,與q,