6静电场中的导体和电解质 (1)

第六章静电场中的导体和电介质物理学第五版静电场中的导体和电介质第六章第六章静电场中的导体和电介质物理学第五版2/33本章目录6-1静电场中的导体6-2静电场中的电介质6-3电位移有介质时的高斯定理6-4电容电容器6-5静电场的能量和能量密度*6-6电容器的充放电*6-7静电的应用第六章静电场中的导体和电介质物理学第五版3/336-0教学基本要求一掌握静电平衡的条件，掌握导体处于静电平衡时的电荷、电势、电场分布。二了解电介质的极化机理，掌握电位移矢量和电场强度的关系。理解电介质中的高斯定理，并会用它来计算电介质中对称电场的电场强度。四理解电场能量密度的概念，掌握电场能量的计算。三掌握电容器的电容，能计算常见电容器的电容。第六章静电场中的导体和电介质物理学第五版4/33+++++++++感应电荷一静电平衡条件1静电感应+6-1静电场中的导体第六章静电场中的导体和电介质物理学第五版5/33++++++++＇E0E0E2静电平衡0E6-1静电场中的导体第六章静电场中的导体和电介质物理学第五版6/33静电平衡条件：（1）导体内部任何一点处的电场强度为零；（2）导体表面处电场强度的方向，都与导体表面垂直。6-1静电场中的导体第六章静电场中的导体和电介质物理学第五版7/33++++++ABneτeEld推论：导体为等势体lEd0dABABlEU0dABABlEU0E导体表面为等势面导体内各点电势相等6-1静电场中的导体第六章静电场中的导体和电介质物理学第五版8/33实心带电导体二静电平衡时导体上电荷的分布++++++++++结论：导体内部无净电荷，电荷只分布在导体表面。00dεqSES0E1实心导体0qS高斯面6-1静电场中的导体第六章静电场中的导体和电介质物理学第五版9/330d0iniiSqES2空腔导体空腔内无电荷时电荷分布在表面内表面？外表面？空腔带电导体S高斯面0iiniq6-1静电场中的导体第六章静电场中的导体和电介质物理学第五版10/33沿电场线方向电势降低，与导体是等势体矛盾0dlEUABAB若内表面带电，必等量异号0d0εqSEiS空腔内无电荷时，电荷分布在外表面，内表面无电荷。结论：6-1静电场中的导体－＋ABS高斯面++++++++++空腔带电导体第六章静电场中的导体和电介质物理学第五版11/33空腔内有电荷时结论:空腔内有电荷+q时，空腔内表面有感应电荷-q，外表面有感应电荷+q。0dSSE0iq+S高斯面q+q-q空腔导体6-1静电场中的导体第六章静电场中的导体和电介质物理学第五版12/33作扁圆柱形高斯面3导体表面附近场强与电荷面密度的关系SESESd0εσE0/εSσ+++++++0ES4电荷分布规律EσEσ,;++++++++++6-1静电场中的导体第六章静电场中的导体和电介质物理学第五版13/33带电导体尖端附近的电场特别大，可使尖端附近的空气发生电离而产生放电现象。尖端放电现象Eσ6-1静电场中的导体第六章静电场中的导体和电介质物理学第五版14/33电风实验+++++++6-1静电场中的导体第六章静电场中的导体和电介质物理学第五版15/33避雷针必须可靠接地带电云避雷针的工作原理++++－－－－－++－+6-1静电场中的导体第六章静电场中的导体和电介质物理学第五版16/33三静电屏蔽1屏蔽外电场E用空腔导体屏蔽外电场6-1静电场中的导体第六章静电场中的导体和电介质物理学第五版17/332屏蔽内电场接地空腔导体屏蔽内电场qq++++++++q6-1静电场中的导体第六章静电场中的导体和电介质物理学第五版18/33例有一外半径R1=10cm，内半径R2=7cm的金属球壳，在球壳中放一半径R3=5cm的同心金属球，若使球壳和球均带有q=10-8C的正电荷，1R2R3Rqq问两球体上的电荷如何分布？球心电势为多少？6-1静电场中的导体第六章静电场中的导体和电介质物理学第五版19/33130()ErR作球形高斯面2S解：作球形高斯面1S1R2R3Rqq1S0S22dεqSE1R1R2R3Rqqr2S)(π423202RrRrεqE6-1静电场中的导体第六章静电场中的导体和电介质物理学第五版20/333120()ERrR33S0d0iqES0S42d4εqSE)(π421204RrrεqE1R2R3Rqqq2r3S1R2R3Rqqq2r3S1R1R1R1R2R3Rqr3S1R1R2R3Rqr4Sqq2球体上的电荷分布如图(球壳内表面带，外表面带)qq2作球形高斯面3S作球形高斯面4S6-1静电场中的导体第六章静电场中的导体和电介质物理学第五版21/33)(031RrE)(π423202RrRrεqE)(0213RrRE)(π421204RrrεqE1R2R3Rqq2q0dlEVo)211(π41230RRRεqV1031.23233dd201RRRlElE112dd43RRRlElE6-1静电场中的导体第六章静电场中的导体和电介质物理学第五版22/33一电介质对电场的影响相对电容率1rε相对电容率电容率r0εεε+++++++-------σσrε+++++++-------σσ00εσEr0εEE6-2静电场中的电介质第六章静电场中的导体和电介质物理学第五版23/33二电介质的极化无极分子：（氢、甲烷、石蜡等）有极分子：（水、有机玻璃等）电介质6-2静电场中的电介质第六章静电场中的导体和电介质物理学第五版24/33+++++++++++r-----------三电极化强度VpP''σSlSlσVpPlS：极化电荷面密度'σp：分子电偶极矩：电极化强度PP-----'+++++'6-2静电场中的电介质第六章静电场中的导体和电介质物理学第五版25/33四极化电荷与自由电荷的关系r00'εEEEE0rr1'EεεE0rr1'σεεσ0rr1'QεεQ+++++++++++r----------------+++++d0E'EEEεεP0r)1（0εE0000r/,/,'EσεEEεPσr1ε电极化率6-2静电场中的电介质第六章静电场中的导体和电介质物理学第五版26/330rr'1QεεQ)(1d'00QQεSESr00dεεQSES0r0dQSES+++++++++++r----------------'+++++'S电容率r0εεε0dQSEεS故0Q'Q6-3电位移有介质时的高斯定理第六章静电场中的导体和电介质物理学第五版27/33有介质时的高斯定理niiSQSD10d电位移通量0dSDSQEEDr0电位移矢量0dQSEεS0rdSES6-3电位移有介质时的高斯定理在静电场中，通过任意闭合曲面的电位移通量等于该闭合曲面内所包围的自由电荷的代数和。第六章静电场中的导体和电介质物理学第五版28/33例1把一块相对电容率r=3的电介质，放在相距d=1mm的两平行带电平板之间。放入之前，两板的电势差是1000V。试求两板间电介质内的电场强度E，电极化强度P，板和电介质的电荷面密度，电介质内的电位移D。rεd+++++++++++-----------U6-3电位移有介质时的高斯定理第六章静电场中的导体和电介质物理学第五版29/33解130mkV10dUE12mkV1033.3260rmC1089.5)1(-EPr0EErεd+++++++++++-----------Ur=3，d=1mm，U=1000V6-3电位移有介质时的高斯定理第六章静电场中的导体和电介质物理学第五版30/3326000mC1085.8E26mC1089.5'P26000r0mC1085.8-EEDrεd+++++++++++-----------Ur=3，d=1mm，U=1000V6-3电位移有介质时的高斯定理第六章静电场中的导体和电介质物理学第五版31/33例2图中是由半径为R1的长直圆柱导体和同轴的半径为R2的薄导体圆筒组成，其间充以相对电容率为r的电介质.设直导体和圆筒单位长度上的电荷分别为+和-。求(1)电介质中的电场强度、电位移和极化强度；(2)电介质内外表面的极化电荷面密度。1R2R6-3电位移有介质时的高斯定理第六章静电场中的导体和电介质物理学第五版32/33lSDSd解(1)lrlDπ2rDπ2rεεεεDEr0r0π2)(21RrRrEPrr0rπ21)1(1R2Rr6-3电位移有介质时的高斯定理第六章静电场中的导体和电介质物理学第五版33/332r02π2RE)(2Rr1r01π2RE)(1Rr(2)rEr0π22rr20r2π2)1()1('RE1rr10r1π2)1()1('RE1R2Rr2R1R6-3电位移有介质时的高斯定理