大学普通物理导体与电介质概要.pptx

第六章第六章 静电场中的导体与电介质静电场中的导体与电介质 .导体导体 绝缘体绝缘体1.1.导体导体 存在大量的可自由移动的电荷存在大量的可自由移动的电荷 conductorconductor2.2.绝缘体绝缘体 理论上认为一个自由移动的电荷也没有理论上认为一个自由移动的电荷也没有dielectric dielectric 也称也称 电介质电介质 3.3.半导体半导体 介于上述两者之间介于上述两者之间 semiconductorsemiconductor本章讨论金属导体和电介质对场的影响本章讨论金属导体和电介质对场的影响导体的静电感应过程导体的静电感应过程无外电场时无外电场时6-1 静电场中的导体静电场中的导体（金属导体）（金属导体）导体的静电感应过程导体的静电感应过程加上外电场后加上外电场后E外外导体的静电感应过程导体的静电感应过程加上外电场后加上外电场后E外外+导体的静电感应过程导体的静电感应过程加上外电场后加上外电场后E外外+导体的静电感应过程导体的静电感应过程加上外电场后加上外电场后E外外+导体的静电感应过程导体的静电感应过程加上外电场后加上外电场后E外外+导体的静电感应过程导体的静电感应过程加上外电场后加上外电场后E外外+导体的静电感应过程导体的静电感应过程加上外电场后加上外电场后E外外+导体的静电感应过程导体的静电感应过程加上外电场后加上外电场后E外外+导体的静电感应过程导体的静电感应过程加上外电场后加上外电场后E外外+导体的静电感应过程导体的静电感应过程加上外电场后加上外电场后E外外+导体的静电感应过程导体的静电感应过程+加上外电场后加上外电场后E外外+导体的静电感应过程导体的静电感应过程+加上外电场后加上外电场后E外外+EE外外E感感+=内内0导体达到静平衡导体达到静平衡E外外E感感一一导体的静电平衡条件：导体的静电平衡条件：导体内部任意点的场强为零。导体内部任意点的场强为零。导体表面附近的场强方向处处与表面垂直。导体表面附近的场强方向处处与表面垂直。推论：推论：等势体等势体等势面等势面导体内导体内导体表面导体表面导体为等势体，导体为等势体，导体表面为等势面。导体表面为等势面。金属球放入前电场为一均匀场金属球放入前电场为一均匀场E金属球放入后电力线发生弯曲金属球放入后电力线发生弯曲 电场为一非均匀场电场为一非均匀场+E电荷分布在导体表面，电荷分布不均匀电荷分布在导体表面，电荷分布不均匀+二、静电平衡时导体上的电荷分布二、静电平衡时导体上的电荷分布 1.实心导体实心导体导体内任取高斯面导体内任取高斯面 2.空腔导体空腔导体+（1）腔内无带电体：）腔内无带电体：电荷分布在导体外表面电荷分布在导体外表面体内任取高斯面体内任取高斯面内表面无电荷内表面无电荷腔体内表面所带的电量和腔内带电体所带的电腔体内表面所带的电量和腔内带电体所带的电量等量异号，腔体外表面所带的电量由电荷守量等量异号，腔体外表面所带的电量由电荷守恒定律决定。恒定律决定。q2未引入未引入 时时q1q1+qq+12q放入放入 后后1q1（2）腔内有带电体：）腔内有带电体：三、导体表面附近场强三、导体表面附近场强表面附近作圆柱形高斯面表面附近作圆柱形高斯面四四.静电屏蔽静电屏蔽 接地封闭导体壳（或金属丝网）外部的场接地封闭导体壳（或金属丝网）外部的场不受壳内电荷的影响。不受壳内电荷的影响。封闭导体壳（不论接地与否）内部的电场封闭导体壳（不论接地与否）内部的电场不受外电场的影响；不受外电场的影响；+电荷守恒定律电荷守恒定律静电平衡条件静电平衡条件电荷分布电荷分布五有导体存在时静电场五有导体存在时静电场的计算的计算例例1.已知已知:导体球导体球 导体球壳导体球壳求求 电荷及场强分布；球心的电势电荷及场强分布；球心的电势 如用导线连接如用导线连接A A、B B，再作计算再作计算解解:由高斯定理得由高斯定理得电荷分布电荷分布场强分布场强分布球心的电势球心的电势 场场强强分分布布球壳外表面带电球壳外表面带电用导线连接用导线连接A A、B B，再作计算再作计算连接连接A A、B B，中和中和 有极分子：分子正负电荷中心不重合。有极分子：分子正负电荷中心不重合。6-2 静电场中的电介质静电场中的电介质无极分子：分子正负电荷中心重合；无极分子：分子正负电荷中心重合；电电介介质质CH+H+H+H+正负电荷正负电荷中心重合中心重合甲烷分子甲烷分子+正电荷中心正电荷中心负电荷负电荷中心中心H+HO水分子水分子分子电偶极矩分子电偶极矩 1.无极分子的位移极化无极分子的位移极化一、介质的极化一、介质的极化 无外电场时无外电场时加上外电场后加上外电场后+极极化化电电荷荷层层两两个个端端面面上上 2.有极分子的转向极化有极分子的转向极化+无外电场时无外电场时电矩取向不同电矩取向不同加上外场加上外场两端面出现两端面出现极化电荷层极化电荷层转向转向外电场外电场二二.电介质中的电场电介质中的电场无限大均匀电介质中无限大均匀电介质中相对介电系数相对介电系数介质中的场介质中的场自由电荷的场自由电荷的场极化电荷的场极化电荷的场(束缚电荷束缚电荷)真空中真空中6-3.电介质中的高斯定理电介质中的高斯定理 电位移矢量电位移矢量真空中真空中介质中介质中定义定义电位移矢量电位移矢量介质中的高斯定理介质中的高斯定理自由电荷自由电荷自由电荷自由电荷包围的包围的电位移矢量电位移矢量定义定义真空中真空中介质中介质中点电荷点电荷介质中的高斯定理介质中的高斯定理例例2.已知已知:导体球导体球介质介质求求:a球外任一点的球外任一点的b 导体球的电势导体球的电势V解解:过过点作高斯面得点作高斯面得电势电势+例：金属球例：金属球 6-4 电容电容 电容器电容器一、孤立导体的电容一、孤立导体的电容使导体升高单位电势所需要的电量使导体升高单位电势所需要的电量由导体本身的性质及介质环境决定由导体本身的性质及介质环境决定,与与无关无关二、电容器的电容二、电容器的电容 定义：定义：电容器：两个带有等量异号电荷的导体所电容器：两个带有等量异号电荷的导体所 组成的导体系统。组成的导体系统。BA-Q+QVAVB 三、电容器电容的计算三、电容器电容的计算1.平行板电容器平行板电容器已知：已知：设设、分别带电分别带电、间场强分布间场强分布电势差电势差由定义由定义讨论讨论与与有关有关；插入介质插入介质.球形电容器球形电容器已知已知设设场强分布场强分布电势差电势差由定义由定义.圆柱形电容器圆柱形电容器已知：已知：设设场强分布场强分布电势差电势差由定义由定义6-5 静电场的能量静电场的能量 能量密度能量密度 一、带电电容器的能量一、带电电容器的能量任任一一时时刻刻终终了了时时刻刻外力做功外力做功电容器的电能电容器的电能电场能量密度电场能量密度二、电场的能量二、电场的能量 能量体密度能量体密度对平行板电容器对平行板电容器对任一电场对任一电场电场的空间体积电场的空间体积例例1：计算球形电容器的能量：计算球形电容器的能量 已知已知解：解：场强分布场强分布取体积元取体积元能量能量课课堂堂练练习习计算均匀带电导体球及计算均匀带电导体球及均匀带电球体的电场能量均匀带电球体的电场能量导体球导体球+均匀带电球体均匀带电球体本章内容小结本章内容小结一一.静电场中的导体静电场中的导体导体静电平衡条件导体静电平衡条件 电荷分布电荷分布场强分布场强分布二二.静电场中的电介质静电场中的电介质1.真空中真空中介质中介质中2.高斯定理高斯定理三三.电容电容 电容器电容器孤立导体孤立导体电容器电容器四四.电场能量电场能量1.电容器电容器2.电场电场五五.求求 的方法的方法定义法定义法能量法能量法3.平行板电容充电后与电源断开平行板电容充电后与电源断开插入介质插入介质不变不变不变不变不变不变