大学物理下--静电场中的导体和电介质3.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,静电场中导体,静电平衡,等势体，等势面,导体内部各处净余电荷为零，,电荷只能分布在表面,孤立导体,本身带电情况,导体形状,外场电荷分布,静电平衡条件,电荷守恒定律,高斯定理,1/27,讨论,、将一个带电+,q，,半径为,R,B,大导体球,B,移近一个半径为,R,A,而不带电小导体球,A，,试判断以下说法是否正确？并说明理由。,（1）,B,球电势高于,A,球；,（2）以无限远为电势零点，,A,球电势,U,A,U,=0,P,2/27,例,3,、,已知金属球,R、,外有点电荷,q,，,距球心为,r,，求,:1,金属球上感应电荷在球心处产生,E,及,U;,2）,若将金属球接地，球上净电荷为多少？,R,r,q,1）,2）,+,+,3/27,4,、静电屏蔽,1,）空腔导体可保护腔内空间，不受腔外带电体影响,Q,+,+,+,-,-,-,q,当,Q,大小或位置改变时，,q,(,感应电荷,),将自动调整，确保上述关系成立。,2,）接地空腔导体可保护腔外空间不受腔内带电体影响,4/27,静电屏蔽,金属罩,仪器,+,+,+,+,+,+,比如高压设备都用金属导体壳接地做保护，它起静电屏蔽作用，内外互不影响。,5/27,汽车是个静电屏蔽室,6/27,二、电容器(,capacitor),1、电容(,capacity),导体容电能力大小物理量,定义：,升高单位电压所需,电量为该导体电容。,单位：库仑/伏特 称作,法拉,孤立导体电容与导体形状相关，与其带电量和电势无关。,水容器容量,微法,微微法,7/27,D,C,A,2、电容器电容：,若两个导体分别带有等量异号电荷,q,，,周围没有其它导体带电；其间电位差,U,AB,，,它们组成电容器电容：,B,求电容值三步曲：,1）设,q、,-,q,2）,求,U,AB,3）C=q/U,AB,8/27,1）平行板电容器：,平行板电容器间场强：,常见几个电容器：,9/27,2,）,圆柱形电容器（同轴电缆）：,两个长为,L,圆柱体，圆柱面上带有等量异号电荷，其间距离,R,2,R,1,L,，,线电荷密度为,e,。,10/27,3,）球形电容器：,两个同心金属球壳带有等量异号电荷,q,0,尤其是当,11/27,当电容器耐压能力不被满足时，惯用电容器串并联来改进电容器性能。,电容器性能指标：,400,pf,50,V,耐压值,该电容器允许承受最高电压,如串联可提升耐压能力。并联可提升容量。,12/27,3、电容器串联和并联,并联电容器电容：,等效,令,13/27,串联电容器电容：,等效,14/27,金属板,t,d,q -q q -q,x,15/27,C,1,C,2,C,1,U,1,=C,2,U,2,U=U,1,+U,2,=1000,U,1,=600V,U,2,=400V,C,1,先被击穿，尔后,C,2,上被加1000,V,也被击穿,U,2,U,1,C,1,:200pf 500V C,2,:300pf 900V,串联后会被击穿？,U=1000V,16/27,无极分子,（,Nonpolar molecule,）,在无外场作用下整个分子,无电矩,。,比如，,CO,2,H,2,N,2,O,2,H,e,有极分子,（,Polar molecule,）,在无外场作用下存在,固有电矩,比如，,H,2,O Hcl CO SO,2,因无序排列对外不展现电性。,电介质分子种类：,电子云,正电中心,三、静电场中电介质,1、电介质极化 (,dielectric polarization),电介质,是由大量电中性分子组成绝缘体,17/27,CH,4,C,H,H,H,H,C,H,+,H,+,H,+,H,+,甲烷分子,正负电荷,中心重合,H,2,O,.,.,.,O,H,H,+,H,O,+,H,+,+,P,e,水分子,18/27,极化后效果：,1）在介质表面出现束缚电荷,2）在介质内部束缚电荷产生一个附加场,E,3）,介质中场强,E,=,E,0,+,E,E,0,介质外场强则有,q,0、,q,共同产生,l,在外电场中电介质分子,E,19/27,极化后效果：,1）在介质表面出现束缚电荷,2）在介质内部束缚电荷产生一个附加场,E,l,E,感应电荷,(,0),3）,介质中场强,E,=,E,0,E,E,0,介质外场强则有,q,0、,q,共同产生,20/27,极化强度与极化电荷关系,2、电极化强度矢量,在介质中取一长度为,d,l,，,横截面,d,S,小圆柱体，该面法向与,成,，,该体元内部极化可视为是均匀。它可视为两端含有电荷,d,S,电偶极子,21/27,退极化场,静电场中均匀极化介质球,S,所围体积内极化电荷,极化强度与场强关系,试验表明:,称为,电极化率,或,极化率,它与 无关,与电介质种类相关,是介质材料属性,22/27,令电位移矢量,称为,介电常量,或,电容率,，,r,称为,相对介电常数,(,电学辅助量,),3、电位移矢量、有电介质时高斯定律,23/27,自由电荷,经过任一闭合曲面电位移通量，等于该曲面内所包围自由电荷代数和。,电介质中高斯定理,计算步骤：,4,、计算标准：,场叠加原理,;,介质中高斯定理,（自由电荷和束缚电荷分布都有对称性）,24/27,解：,例,1,、,在半径为,R,1,金属球之外有一层半径为,R,2,均匀介质层,，,设介质相对介电常数为,r,，,金属球,带电量,q,0,。求：（1）介质层内外,D、E、P,分布,;,（2）介质层内外表面极化电荷面密度。,25/27,R,1,26/27,D,线,E,线,27/27,