靜電場中導(dǎo)體和電介質(zhì)

靜電場中導(dǎo)體和電介質(zhì)1第1頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程加上外電場后E02第2頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程加上外電場后E0+3第3頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程加上外電場后E0++4第4頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程加上外電場后E0+++++5第5頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程加上外電場后E0+++6第6頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程加上外電場后E0+++++7第7頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程加上外電場后E0+++++8第8頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程加上外電場后E0+++++++9第9頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程加上外電場后E0++++++10第10頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程加上外電場后E0++++++++11第11頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程+加上外電場后E0+++++++++12第12頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四++++++++++導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡E0感應(yīng)電荷感應(yīng)電荷13第13頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四金屬球放入前電場為一均勻場14第14頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四金屬球放入后電力線發(fā)生彎曲電場為一非均勻場+++++++15第15頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四⑴導(dǎo)體內(nèi)部任意點(diǎn)的場強(qiáng)為零。⑵導(dǎo)體表面附近的場強(qiáng)方向處處與表面垂直。等勢體等勢面導(dǎo)體內(nèi)導(dǎo)體表面靜電平衡性質(zhì)(3)導(dǎo)體是等勢體，導(dǎo)體表面是等勢面,且導(dǎo)體內(nèi)部等勢等于導(dǎo)體表面等勢16第16頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四導(dǎo)體內(nèi)沒有凈電荷，電荷只分布在導(dǎo)體表面上。++++++++++++++++二、靜電平衡下導(dǎo)體上的電荷分布1、實(shí)心導(dǎo)體17第17頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四2、空心導(dǎo)體,腔內(nèi)無導(dǎo)體空腔內(nèi)表面沒有電荷，電荷只分布在外部表面。在導(dǎo)體內(nèi)包圍空腔作高斯面S。則：=018第18頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四腔體內(nèi)表面所帶的電量和腔內(nèi)帶電體所帶的電量等量異號，腔體外表面所帶的電量由電荷守恒定律決定。未引入q1時(shí)放入q1后3、空心導(dǎo)體,腔內(nèi)有導(dǎo)體+19第19頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四表面附近作圓柱形高斯面二、導(dǎo)體表面外側(cè)的場強(qiáng)尖端放電1.電場強(qiáng)度與電荷面密度的關(guān)系20第20頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四導(dǎo)線證明:即用導(dǎo)線連接兩導(dǎo)體球則2.電荷面密度與曲率的關(guān)系導(dǎo)體表面曲率較大的地方，電荷密度也較大。21第21頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四導(dǎo)體表面上的電荷分布情況，不僅與導(dǎo)體表面形狀有關(guān)，還和它周圍存在的其他帶電體有關(guān)。靜電場中的孤立帶電體：導(dǎo)體上電荷面密度的大小與該處表面的曲率有關(guān)。曲率較大，表面尖而凸出部分，電荷面密度較大曲率較小，表面比較平坦部分，電荷面密度較小曲率為負(fù)，表面凹進(jìn)去的部分，電荷面密度最小導(dǎo)體表面上的電荷分布22第22頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四3.尖端放電尖端場強(qiáng)特別強(qiáng)，足以使周圍空氣分子電離而使空氣被擊穿，導(dǎo)致“尖端放電”?！纬伞半婏L(fēng)”23第23頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四++++++++Q咯咯嚓嚓防上靜電干擾的思路：1）“躲藏起來”2）大家自覺防止靜電場外泄++++++++Q+++實(shí)驗(yàn)：+四、靜電的應(yīng)用24第24頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四解釋：++++++++++++++----------++++++++++++++--------------------+-++++++++Q++結(jié)論：一個(gè)接地的金屬殼（網(wǎng)）既可防止殼外來的靜電干擾，又可防止殼內(nèi)的靜電干擾殼外25第25頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四實(shí)際中大量應(yīng)用：1）測試用的屏蔽室2）無線電電路中的屏蔽罩、屏蔽線、高壓帶電作業(yè)中的均壓服。3）變壓器中的屏蔽層。初級次級26第26頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四靜電屏蔽接地封閉導(dǎo)體殼（或金屬絲網(wǎng)）外部的場不受殼內(nèi)電荷的影響。封閉導(dǎo)體殼（不論接地與否）內(nèi)部的電場不受外電場的影響；++++27第27頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四電荷守恒定律靜電平衡條件電荷分布五、有導(dǎo)體存在時(shí)場強(qiáng)和電勢的計(jì)算28第28頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四例1.已知：導(dǎo)體板A，面積為S、帶電量Q，在其旁邊放入導(dǎo)體板B。

求：(1)A、B上的電荷分布及空間的電場分布(2)將B板接地，求電荷分布a點(diǎn)b點(diǎn)A板B板29第29頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四解方程得:電荷分布場強(qiáng)分布兩板之間板左側(cè)板右側(cè)30第30頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四

(2)將B板接地，求電荷及場強(qiáng)分布板接地時(shí)電荷分布a點(diǎn)b點(diǎn)31第31頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四

場強(qiáng)分布電荷分布兩板之間兩板之外32第32頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四例2.已知R1R2R3qQ求①電荷及場強(qiáng)分布；球心的電勢②如用導(dǎo)線連接A、B，再作計(jì)算解:由高斯定理得電荷分布場強(qiáng)分布33第33頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四球心的電勢

場強(qiáng)分布34第34頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四球殼外表面帶電②用導(dǎo)線連接A、B，再作計(jì)算連接A、B，中和35第35頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四練習(xí)已知:兩金屬板帶電分別為q1、q2

求：1、2、3、436第36頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四問題：1、在兩板間插入一中性金屬平板，求板面的電荷密度。2、如果第三板接地，又如何？3、剪掉第三板接地線，再令第一板接地，又如何？37第37頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四一、孤立導(dǎo)體的電容孤立導(dǎo)體：附近沒有其他導(dǎo)體和帶電體單位：法拉（F）、微法拉（F）、皮法拉（pF）孤立導(dǎo)體的電容孤立導(dǎo)體球的電容C=40R電容——使導(dǎo)體升高單位電勢所需的電量。10-2電容電容器38第38頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四導(dǎo)體組合,使之不受周圍導(dǎo)體的影響——電容器電容器的電容：當(dāng)電容器的兩極板分別帶有等值異號電荷q時(shí)，電量q與兩極板間相應(yīng)的電勢差uA-uB的比值。二、電容器39第39頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四1.平行板電容器已知：S、d、0設(shè)A、B分別帶電+q、-qA、B間場強(qiáng)分布電勢差由定義討論與有關(guān)；40第40頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四2.圓柱形電容器已知：設(shè)場強(qiáng)分布電勢差由定義41第41頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四3.球形電容器已知設(shè)+q、-q場強(qiáng)分布電勢差由定義討論孤立導(dǎo)體的電容42第42頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四例平行無限長直導(dǎo)線已知:a、d、d>>a

求:單位長度導(dǎo)線間的C解:設(shè)場強(qiáng)分布導(dǎo)線間電勢差電容43第43頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四1.電容器的串聯(lián)C1C2C3C4UC三.電容器的聯(lián)接U44第44頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四2.電容器的并聯(lián)abC1C2C3C4U45第45頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四

有極分子：分子正負(fù)電荷中心不重合。無極分子：分子正負(fù)電荷中心重合；電介質(zhì)CH+H+H+H+正負(fù)電荷中心重合甲烷分子+正電荷中心負(fù)電荷中心H++HO水分子——分子電偶極矩一、電介質(zhì)的極化10—3、靜電場中的電介質(zhì)ThePolarizationofDielectric46第46頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四1.無極分子的位移極化+---+He+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-均勻介質(zhì)+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-非均勻介質(zhì)+-+-+-+-+--qq47第47頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-1）位移極化是分子的等效正負(fù)電荷作用中心在電場作用下發(fā)生位移的現(xiàn)象。2）均勻介質(zhì)極化時(shí)在介質(zhì)表面出現(xiàn)極化電荷，而非均勻介質(zhì)極化時(shí)，介質(zhì)的表面及內(nèi)部均可出現(xiàn)極化電荷。極化電荷極化電荷結(jié)論：48第48頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四2.有極分子的轉(zhuǎn)向極化+++++++++++++++++++++++++++無外電場時(shí)電矩取向不同兩端面出現(xiàn)極化電荷層轉(zhuǎn)向外電場加上外場49第49頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四電極化強(qiáng)度(矢量)單位體積內(nèi)分子電偶極矩的矢量和描述了電介質(zhì)極化強(qiáng)弱，反映了電介質(zhì)內(nèi)分子電偶極矩排列的有序或無序程度。二、極化強(qiáng)度50第50頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四三.極化強(qiáng)度與極化電荷的關(guān)系大量實(shí)驗(yàn)證明：對于各向同性的電介質(zhì)，極化強(qiáng)度與電場有如下關(guān)系：---電極化率（由介質(zhì)本身性質(zhì)決定的常數(shù)，是反映介質(zhì)本身性質(zhì)的物理量。均勻介質(zhì)極化時(shí)，其表面上某點(diǎn)的極化電荷面密度，等于該處電極化強(qiáng)度在外法線上的分量。51第51頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四四.電位移電介質(zhì)中的高斯定理真空中的高斯定理電介質(zhì)中的高斯定理+++++++++++52第52頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四定義電位移矢量介質(zhì)中的高斯定理自由電荷通過任意閉合曲面的電位移通量，等于該閉合曲面所包圍的自由電荷的代數(shù)和。53第53頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四真空中介質(zhì)中介質(zhì)的相對介電常數(shù)介質(zhì)的介電常數(shù)54第54頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四電位移線大小:方向:切線線線55第55頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四將真空電容器充滿某種電介質(zhì)電介質(zhì)的電容率（介電常數(shù)）平行板電容器電介質(zhì)的相對電容率（相對介電常數(shù)）同心球型電容器同軸圓柱型電容器56第56頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四例1.已知:導(dǎo)體板介質(zhì)求:各介質(zhì)內(nèi)的解:設(shè)兩介質(zhì)中的分別為由高斯定理由得57第57頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四場強(qiáng)分布電勢差電容例2.平行板電容器。已知d1、r1、d2、r2、S

求:電容C解:設(shè)兩板帶電第58頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四例3.已知:導(dǎo)體球介質(zhì)求:1.球外任一點(diǎn)的2.導(dǎo)體球的電勢解:過P點(diǎn)作高斯面得電勢59第59頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四例4.平行板電容器已知:S、d插入厚為t的銅板求：C

60第60頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四設(shè)q場強(qiáng)分布電勢差61第61頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四開關(guān)倒向a,電容器充電。開關(guān)倒向b,電容器放電。燈泡發(fā)光電容器釋放能量電源提供計(jì)算電容器帶有電量Q，相應(yīng)電勢差為U時(shí)所具有的能量。一、電容器的能量10-4、靜電場的能量62第62頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四任一時(shí)刻終了時(shí)刻外力做功電容器的電能63第63頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四電場能量體密度——描述電場中能量分布狀況1、對平行板電容器電場存在的空間體積二、靜電場的能量,能量體密度64第64頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四對任一電場，電場強(qiáng)度非均勻2、電場中某點(diǎn)處單位體積內(nèi)的電場能量65第65頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四例：計(jì)算球形電容器的能量已知RA、RB、q解：場強(qiáng)分布取體積元能量66第66頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四課堂討論比較均勻帶電球面和均勻帶電球體所儲存的能量。67第67頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四求：（1）兩球殼間的電場分布（2）兩球殼間的電勢差（3）兩球殼構(gòu)成的電容器的電容值。（1）68第68頁，共78頁，2023年，2月20日，星期四（2）69第69頁，共78頁，2023年，2