3－静电场中的导体.ppt

* 第四章 （静电场中的导体和电介质） 第4章－3 静电场中的导体和电介质 1 静电场中的导体 3 电容 电容器 2 静电场中的电介质 4 静电场的能量 一、导体的静电感应和静电平衡 1.) 导体等势体，导体表面是等势面 推论: 2.) 导体表面任意点的场强方向与该处表面垂直 1 静电场中的导体 1.静电感应： 导体处在外电场中时，其上的自由电荷重新分布； 2.静电平衡： 导体内部和表面的自由电荷不再作定向移动. 3.导体静电平衡的条件： 导体内场强处处为零 导体由带负电的自由电子和带正电的晶格点阵构成； 若导体表面某处面电荷密度为? 二、导体处于静电平衡后的电荷分布 1.导体内处处无净余电荷 证明：在导体内任取体积元dV ,设其电荷 体密度为? 由高斯定理可知体积元内的电荷量为零 2.导体的净余电荷只分布在导体表面 则该处的电场强度为 导体 导体表面 证明:取如图所示的柱形高斯面 ? 4.孤立带电导体表面的电荷分布: 曲率较大,面电荷密度较大;——尖端放电：避雷针 5.空腔带电导体表面电荷分布: 静电屏蔽原理 Q Q+q 3. 带电导体的接地效应； 2 静电场中的电介质 一、电介质的微观图象 + - +- 有极分子 无外电场时： 有极分子介质 无极分子介质 无极分子 电介质分子中的电子被原子核束缚很紧，一般不发生宏观运动；几乎无自由电荷。 电中性 + - - - + + + - 二、电介质的极化 有极分子介质 无极分子介质 表面出现的电荷称为极化电荷或束缚电荷. 三、电介质中的电场强度 (各向同性均匀电介质) 合场强 取向极化 位移极化 实验和理论表明： ?r 称为电介质的相对介电常数 ， 合场强 ?r是反映电介质性质的物理量，表示介质极化能力的物理量，无单位. 3 电介质中的高斯定理 电位移矢量 一、电介质中的高斯定理 由高斯定理知: + + + + + + + + + + + + ?r 电介质中的高斯定理——普遍成立！ 自由电荷 称为电介质中的高斯定理；在电场中通过任意封闭曲面的电位移通量等于该曲面所包围的自由电荷的代数和； 二. 电位移矢量—辅助矢量 ? 称为电介质的介电常数,也称电容率. 单位： 三、有均匀电介质存在时的静电场公式 规律：凡真空静电场公式中的ε0 均换成ε. 如： 7 电容 电容器 一、孤立导体的电容 单位: 法拉 F； ?F, pF 注：导体的电容只与其几何因素及周围介质有关，与导体的电势U和电量Q无关；电容反映导体的容电本领. 定义： 孤立导体的电势 孤立导体的电量 二、电容器的电容 定义: 正极板的电量 两极板间的电势差 例如 真空中孤立导体球的电容(如图) 三、电容的计算 1. 平行板电容器的电容 d 设S d 2 (忽略边缘效应，看作无限大平面) 两板间充满介电常数为?的均匀电介质， 极板 面积 当两极板带上等量异号电荷+q 和-q 时 电容仅与电容器的结构有关，与是否带电无关； 要增大电容，可减小d，增大S，也可以充满介电常数较大的电介质； *