大学物理(下)05静电场5

1静电场—导体、电介质大学物理（下）§11.5静电场中的导体和电介质3静电场—导体、电介质E外场0E感应场'E导体内部的场E1、静电感应现象导体在外电场作用下发生电荷重新分布的现象感应电荷'EEE00EE'2、静电平衡开始0EE'0E0E导体内部和表面都没有电荷定向移动的状态最后0E'E§11.5.1静电场中的导体§11.5静电场中的导体和电介质4静电场—导体、电介质静电平衡条件：(1)导体内任一点场强都为零(2)导体表面上任一点的场强都垂直于该点表面。场强电势导体是一等势体，导体表面是一等势面内部：0EbabaldEuu0bauu表面：EEnEababldE0bauubauuldE5静电场—导体、电介质（1）静电平衡时导体内无净电荷，所有电荷分布于外表面。证明：0qSdESe静电平衡时E=00q面内电荷是否会等量异号？缩小高斯面与静电平衡条件矛盾0q0E所以静电平衡时导体内无净电荷高斯面3、静电平衡时导体上的电荷分布①实心导体电荷分布6静电场—导体、电介质0qSdESe0E导体内0q内表面电荷是否会等量异号？如在内表面存在等量异号电荷，则腔内有电力线，移动电荷电场力作功，导体内表面电势不等，这与静电平衡条件矛盾。所以内表面无电荷，所有电荷分布于外表面腔内无电荷结论1:空腔内表面无电荷,全部电荷分布于外表面。②空腔导体电荷分布证明：7静电场—导体、电介质结论2：空腔内场强E=0前面已证明腔内无电荷，也就不可能有电力线和电场。空腔导体具有静电屏蔽作用。例如：高压带电作业人员穿的导电纤维编织的工作服；精密仪器的金属外壳。0E8静电场—导体、电介质静电屏蔽的应用：高压带电作业§11.5静电场中的导体和电介质9静电场—导体、电介质腔内有电荷空腔原带有电荷Q，Qqqq求证：内表面带有–q电荷外表面带有Q+q电荷证明：0qSdESe0E导体内0q由于腔内有q电荷，0)(qq腔内表面有–q电荷由电荷守恒定律，在外表面上产生等量的正电荷，外表面上的电荷为：qQ将q电荷放入空腔内10静电场—导体、电介质Q0q接地可屏蔽内部电场变化对外部的电场影响。0q0q例如：高压设备的接地保护；家电的接地保护。腔内电荷变化会引起腔外电场的变化。11静电场—导体、电介质0S内底侧外底e,0内底,0侧外底外底cosEdS外底面上E均匀分布,S//dE1cos外底dSEES0q0E（2）静电平衡时，导体表面附近的场强大小SSq0qSdESeE（3）孤立导体的电荷分布电荷面密度与导体表面的曲率半径成反比。孤立导体：导体周围无其它带电体。导体表面尖锐处R小，大，表面E也大；导体表面平滑处R大，小，表面E也小；如尖端放电、避雷针。起电器电风实验返回13静电场—导体、电介质特点：电介质内无自由电荷将电介质放入电场，表面出现极化电荷——介质的极化0E'EE''外场0E极化场'E介质内部的场E'0EEE0E极化场E’削弱外场E0但不能抵消外场。1、电介质的极化现象介质的极化现象直接影响介质内部的场强分布§11.5.2静电场中的电介质1、电介质的极化现象14静电场—导体、电介质无外场时分子不显电性2、极化的微观机制（1）无极分子的极化①无极分子：②无极分子电介质处在外场中的情况：0Epqq0E介质表面出现极化电荷位移极化感应电偶极矩负电荷中心正电荷中心15静电场—导体、电介质(2)有极分子的极化①有极分子：pqq介质中的电偶极子排列杂乱,宏观不显电性FF固有电偶极矩②有极分子电介质处在外场中的情况：0E转向极化0E介质表面出现极化电荷极化电荷都是束缚电荷16静电场—导体、电介质3.有介质存在时的电场'0EEE在无限大各向同性均匀电介质电场中关系复杂与0'EEE0E'EE''外场0E极化场'E介质内部的场E：电介质的相对介电常数。真空：介质：1rr1rr0与介质种类有关为介质的介电常数。0Er1代入真空中高斯定理※4、电介质中的高斯定理真空中0001qSdES为自由电荷0q有介质时)(100qqSdES为极化电荷q公式变换r0EEEEr0001qSdESr00qSdESrq难以确定，此式应用不便。可利用E与E0的关系，对真空中的高斯定理加以变换：18静电场—导体、电介质令EEDr00qSdDSSDSdD在任何静电场中，通过任意闭合曲面的电位移通量，等于该闭合曲面所包围的自由电荷代数和。定义：电位移矢量物理意义：称为介质中的高斯定理电位移通量与极化电荷无关。为通过任意闭合曲面的电位移通量00qSdESrSeSdE（电通量）返回19静电场—导体、电介质例1：如图有一均匀带电介质球，介电常数为1，外包围介电常数为2的均匀介质(12)。求场强的分布？R12解：带电体球对称，用介质情况的高斯定理：P1为球外一点时（rR）：P2为球内一点时（rR）：SSdD233rRD22323rRDE32344rrDSdDS3rD123rERorE24rD334Rr例2：两块无限大导体平板平行放置，如图所示。求两板各表面上的电荷面密度？解：无限大均匀带电平面的场强为：1234在两导体板内各任选一点P1,P2，根据导体的静电平衡条件，有：1P点：2P点：02222040302010222204030201由电荷守恒定律：121QSS243QSSd1Q2QSSAB1P2P0221静电场—导体、电介质相背两表等量同号:当QQQ21SQQ22141SQQ221320SQQQSQQ22141SQQ22132相对两表面等量异号:1Q2QSAB1234返回时：22静电场—导体、电介质1、静电感应现象平衡条件：(1).导体内任一点场强都为零。(2).导体表面上任一点的场强都垂直于该点表面。导体是一等势体，导体表面是一等势面。一.静电场中的导体：小结：2、静电平衡：导体内部和表面都没有电荷定向移动的状态场强电势23静电场—导体、电介质3、导体的电荷分布：（1）实心带电导体，电荷只能分布在表面上；Ⅰ空腔内无电荷时，电荷只能分布在外表面上；Ⅱ当空腔带电导体(Q)内有电荷时(q)：内表面带与腔内带电体等量异号的电荷(-q)，外表面的电荷则为内外两部分电量的代数和(Q+q)。（2）空腔带电导体：（3）导体的静电屏蔽：Ⅰ空腔导体能屏蔽外电场；Ⅱ接地空腔导体能屏蔽内外电场。24静电场—导体、电介质（5）导体表面附近的场强：0E二.静电场中的电介质：1、电介质对电场的影响极化分两种：有极分子极化无极分子极化处在外电场中的电介质要发生极化现象。极化结果：介质内的场强被削弱（取向极化）（位移极化）使电介质表面出现极化电荷（4）孤立导体的电荷分布导体表面尖锐处R小，大；导体表面平滑处R大，小。25静电场—导体、电介质无限大各向同性均匀电介质：01EEr3、介质中的高斯定理SqSdD内ED电位移矢量：D与介质无关。r——相对介电常数r0——绝对介电常数有介质时：0qSdES返回2、电介质中的静电场