大学物理学-静电场中的导体与介质.pptx

大学物理学,静电场中的导体与介质,无外场：热运动，显示电中性,金属导体的电结构,：晶格与自由电子,静电感应,：加入外电场时，自由电子在电场力作用下定向运动，形成感应电荷,静电平衡,：感应电荷产生附加电场，与外电场抵消1,、静电平衡的过程,一、导体的静电平衡,1,）导体内部任一点的场强为零,2,）导体表面上任一点的场强方向与该处表面垂直2,、静电平衡的条件,+,+,+,+,+,3,、导体在,静电平衡,时的性质,导体内部,任意,P,，,Q,两点电势差为零导体表面,任意,P,，,Q,两点电势差为零1,）导体是等势体，导体表面是等势面,2,）导体内部无净电荷，电荷只分布在导体的表面,在导体内部任取一闭合高斯面,3),在导体外，紧靠导体表面附近的场强与其电荷面密度关系,、静电屏蔽（利用导体空腔的静电特性）,导体空腔来保护内部不受外场影响导体空腔也可使空腔内部的场对外界不产生影响总之，导体壳内部电场不受壳外电荷的影响，接地导体使得外部电场不受壳内电荷的影响这种现象称为,静电屏蔽,Q,二、导体壳和静电屏蔽,避雷针必须可靠接地,带电云,应用实例：避雷针,+,+,+,+,+,+,+,在计算有导体存在时的静电场分布时，首先根据：,确定导体上电荷新的分布量，然后由新的电荷分布求电场。

1,）静电平衡条件：导体内部电场强度为零；,（,2,）电荷守恒定律：静电感应只引起电荷重新分布，不改变总电量三、有导体存在的静电场强与电势的计算,例 如图所示，一带正电,Q,的点电荷离半径为,R,的金属球壳外的距离为,d,，求金属球壳上的感应电荷在球心,O,处的场强点电荷在球心处的场强,解：,以球心为坐标原点，球心指向点电荷的方向为矢径方向，则,E,/,r,例 一个半径为,R,的接地导体球，距球心,d,处有一点电荷,q,求导体球上感应电荷总量,解：,q,在球心产生的电势为：,设球面上感应电荷总量为,q,/,，,q,/,在球心产生的电势为：,因为球接地,所以球心电势,所以球心电势,E,/,d,1,、电介质的分类,分子的等效正、负电荷中心是否重合？,电介质通常将看作理想的绝缘体，即,无可自由移动的电荷,H,2,O,（水）,+,+,O,2-,H,+,H,+,+,-,+,CH,4,（甲烷）,H,+,+,+,-,+,+,H,+,H,+,H,+,C,不重合：,有极分子,重合：,无极分子,电偶极矩,电偶极矩,四、电介质的极化,2,、无外场时电介质呈电中性,无极分子固有电矩为零，呈中性是显然的有极分子固有电矩不为零，但其无规则热运动使得每个分子的固有电矩的随机取向，因此分子电矩的矢量和必定为零，呈电中性。

3,、电介质的极化,1),无极分子的位移极化,均匀极化时，也只在表面出现极化电荷,q,/,由于这种电荷不能移动，故又称为束缚电荷在外电场作用下，分子正电荷等效中心和负电荷等效中心发生相对位移，形成附加分子偶极子,p,m,叫,位移极化2,）有极分子的转向（取向）极化,有极分子也有位移极化，不过位移极化远小于取向极化，因此有极分子电介质仅考虑取向极化3,、,电介质极化的描述：极化强度,极化后,电极化强度的单位是 库仑,/,米,2,若在介质中任取一小体积元,V,，则：,定义,:,介质中单位体积内分子电偶极矩的矢量和为,极化强度,矢量,4,、电介质的极化规律（各向同性均匀介质）,实验表明,:,叫电极化率,没有极化时,可以证明,定义,电位移矢量,高斯定理改写为,电介质中的高斯定理：,在静电场中通过任意闭合曲面的电位移通量等于闭合面内,自由电荷,的代数和五、有电介质时的高斯定理,对于各向同性的电介质：,利用电介质中的高斯定理可以求介质中的场强，其步骤与应用真空中的高斯定理求真空中的场强类似：,1,）首先分析场源的对称性；,2,）选取一个合适的高斯面；,3,）然后由介质中的高斯定律 求,D,，再根据,D,=,0,r,E,求,E,。

例 半径为,R,的导体球，带有电荷,，球外有一均匀电介质的同心球壳，球壳的内外半径分别为,a,和,b,，相对介电常数为,r,如图，求：（）介质内外的,和,的分布（）离球心为,r,处的电势,解：,（）由题设知场的分布具有球,Q,对称性作半径为,r,的与导体同心的球面,为高斯面，由高斯定理有,Q,O,方向均为径向（法向）,当,r,R,时,当,R,r,a,时,当,a,r,b,时,（）电势的分布,Q,O,上例说明当各向同性的均匀介质均匀充满等势面之间时，该处场强为真空中场强的,1/,r,倍。