物理学电场幻灯片.ppt

《物理学电场幻灯片.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物理学电场幻灯片.ppt（30页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、物理学电场1第1页，共30页，编辑于2022年，星期日在直角坐标系中在直角坐标系中2、场强与电势的微分关系、场强与电势的微分关系第2页，共30页，编辑于2022年，星期日8.5 8.5 静电场中的导体和电介质静电场中的导体和电介质-内部电荷可以移动内部电荷可以移动(金银铜等各种金属金银铜等各种金属)根据物质的导电特性，物质可为三类：根据物质的导电特性，物质可为三类：-内部电荷不能移动内部电荷不能移动(绝缘体绝缘体:橡胶橡胶,塑料塑料,木材等木材等)-介于导体和绝缘体之间介于导体和绝缘体之间(二氧化硅等二氧化硅等)导导 体体电介质电介质半导体半导体第3页，共30页，编辑于2022年，星期日一、静

2、电场中的导体一、静电场中的导体1 1、导体的静电平衡、导体的静电平衡（1 1）静电感应现象）静电感应现象 导体在外电场作用下发生电荷重新导体在外电场作用下发生电荷重新分布的现象，叫做静电感应现象。分布的现象，叫做静电感应现象。（2 2）导体的静电平衡）导体的静电平衡导体内的合场强：导体内的合场强：开始开始导体内没有电荷作导体内没有电荷作定向移动定向移动，称导体处于，称导体处于静电平衡状态。静电平衡状态。第4页，共30页，编辑于2022年，星期日（3 3）静电平衡条件）静电平衡条件场强条件场强条件:(1)导体内的电场强度处处为零；导体内的电场强度处处为零；若若(1)不满足，电荷将在导体内部继续移

3、动；不满足，电荷将在导体内部继续移动；(1)导体是等势体；导体是等势体；电势条件电势条件:(2)导体表面的电场强度垂直于导体表面。导体表面的电场强度垂直于导体表面。若若(2)不满足，电荷将沿着导体表面移动。不满足，电荷将沿着导体表面移动。(2)导体表面是等势面。导体表面是等势面。第5页，共30页，编辑于2022年，星期日(1).由于导体静电平衡时：由于导体静电平衡时：导体内任意两点：导体内任意两点：即：即：导体是等势体导体是等势体。(2).由于导体表面上任一点的场强都垂直于该点表面。由于导体表面上任一点的场强都垂直于该点表面。导体表面上任意两点：导体表面上任意两点：即：即：导体表面是等势面导体

4、表面是等势面。电势条件证明如下电势条件证明如下:第6页，共30页，编辑于2022年，星期日2 2、带电导体的电荷分布、带电导体的电荷分布(1)(1)实心带电导体实心带电导体由高斯定理由高斯定理所以实心带电导体，导体内无净电荷，所以实心带电导体，导体内无净电荷，电电荷只能分布在导体的表面上荷只能分布在导体的表面上。-电荷只能分布在导体的表面上电荷只能分布在导体的表面上（静电平衡状态下）（静电平衡状态下）第7页，共30页，编辑于2022年，星期日由高斯定理由高斯定理内表面带电的代数和为零内表面带电的代数和为零内表面是否带有等量的异号电荷？内表面是否带有等量的异号电荷？反证法：反证法：违背导体静电平

5、衡条件违背导体静电平衡条件(2)(2)空腔带电导体空腔带电导体-腔内无带电体的情况腔内无带电体的情况-外表面带电，内表面不带电。外表面带电，内表面不带电。结论：结论：第8页，共30页，编辑于2022年，星期日假设：空腔带电导体带电假设：空腔带电导体带电 腔内带电导体带电腔内带电导体带电由高斯定理由高斯定理(3)(3)空腔带电导体空腔带电导体-腔内有带电体的情况腔内有带电体的情况因为腔内带电体带电量为因为腔内带电体带电量为 ，所以所以空腔内表面带电量应为空腔内表面带电量应为 。由电荷守恒定律，由电荷守恒定律，外表面上的电量应为：外表面上的电量应为：第9页，共30页，编辑于2022年，星期日3 3

6、、带电导体表面的电荷面密度、带电导体表面的电荷面密度（孤立导体）（孤立导体）电荷面密度与导体表面的曲率半径成反比。电荷面密度与导体表面的曲率半径成反比。导体表面导体表面尖锐处尖锐处 R小，小，大大，表面，表面E也大也大导体表面导体表面平滑处平滑处 R大，大，小小，表面，表面E也小也小电源电压足够高时，尖端处电荷密度较电源电压足够高时，尖端处电荷密度较大，电场较强，空气被电离，发生尖端大，电场较强，空气被电离，发生尖端放电现象，形成静电风。放电现象，形成静电风。尖端放电现象：尖端放电现象：起电器起电器电风实验电风实验第10页，共30页，编辑于2022年，星期日4 4、带电导体表面的场强、带电导体

7、表面的场强当当 足够小时，足够小时，可看成是常量可看成是常量结论：结论：大的地方大的地方 大大第11页，共30页，编辑于2022年，星期日5 5、导体带电特性在现代科技中的应用、导体带电特性在现代科技中的应用(1)(1)、静电屏蔽技术、静电屏蔽技术带电体在空腔导体外带电体在空腔导体外-导体内和腔内电场处处为零；导体内和腔内电场处处为零；带电体在空腔导体内带电体在空腔导体内-腔体接地，腔体外电场处处为零。腔体接地，腔体外电场处处为零。第12页，共30页，编辑于2022年，星期日(2)(2)尖端放电技术应用尖端放电技术应用避雷针避雷针 -建筑物防雷击建筑物防雷击第13页，共30页，编辑于2022年

8、，星期日定义：电偶极矩（电矩）定义：电偶极矩（电矩）当当 时，称为时，称为电偶极子电偶极子。二、静电场中的电介质二、静电场中的电介质1 1、电偶极子、电偶极子（1）、定义）、定义第14页，共30页，编辑于2022年，星期日（2）、外电场中的电偶极子）、外电场中的电偶极子 由于电偶极子的由于电偶极子的 l 很小，所很小，所以正负电荷所在点的电场强度可以正负电荷所在点的电场强度可以认为相等。以认为相等。两力大小相等，方向相反，作用在不同直两力大小相等，方向相反，作用在不同直线上，合力为零，合力矩不为零。线上，合力为零，合力矩不为零。电偶极子在电场作用下总要使电偶极矩电偶极子在电场作用下总要使电偶极

9、矩 转到转到 的方向上，达到稳定平衡状态。的方向上，达到稳定平衡状态。第15页，共30页，编辑于2022年，星期日2 2、电介质的电结构、电介质的电结构电介质分子一般是多原子分子，比较复杂；电介质分子一般是多原子分子，比较复杂；原子核带正电，电子带负电；原子核带正电，电子带负电；正电荷电量正电荷电量=负电荷电量。负电荷电量。简化模型简化模型-正电荷中心、负电荷中心正电荷中心、负电荷中心 电介质分子可以看成是一个电偶极子电介质分子可以看成是一个电偶极子电偶极矩电偶极矩:第16页，共30页，编辑于2022年，星期日3 3、电介质的种类、电介质的种类无极分子无极分子有极分子有极分子根据正负电荷中心是

10、否重合根据正负电荷中心是否重合（1）、无极分子）、无极分子分子结构具有对称性，正电荷中心与负电分子结构具有对称性，正电荷中心与负电荷中心重合，荷中心重合，在外电场中，正负电荷中心在外电场中，正负电荷中心发生移动，分开一定距离，发生移动，分开一定距离，产生产生感应电偶极矩感应电偶极矩。固有电偶极矩固有电偶极矩为零。为零。第17页，共30页，编辑于2022年，星期日(2)、有极分、有极分子子分子结构不对称，正电荷中心与负电荷中心分子结构不对称，正电荷中心与负电荷中心不重合，具有不重合，具有固有电偶极矩。固有电偶极矩。结论：结论：电偶极矩转向的同时两电荷的间距也被拉大，当外电偶极矩转向的同时两电荷的

11、间距也被拉大，当外电场不太大时，该影响可忽略。电场不太大时，该影响可忽略。一般情况下一般情况下-感应电偶极矩感应电偶极矩 2)。求场强的分布？。求场强的分布？解：解：带电体球对称，由介质中的高斯定理：带电体球对称，由介质中的高斯定理：对于球外：对于球外：对于球内：对于球内：第24页，共30页，编辑于2022年，星期日求：介质球壳内求：介质球壳内 P 点的电场强度、点的电场强度、电势？电势？例题例题 2：金属球半径金属球半径 R，带电，带电 Q介质球壳，内半径介质球壳，内半径 a，外半径，外半径 b，介电常数介电常数 ，且，且解：由介质中的高斯定理解：由介质中的高斯定理第25页，共30页，编辑于

12、2022年，星期日第26页，共30页，编辑于2022年，星期日例题例题3：两块无限大导体平板平行放置，如图所示。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？求两板各表面上的电荷面密度？解：解：依次设各板面带电荷面密度分别为：依次设各板面带电荷面密度分别为：根据导体的静电平衡条件，导体内的场根据导体的静电平衡条件，导体内的场强为零。强为零。即：即：点：点：点：点：由电荷守恒定律：由电荷守恒定律：四式四式联立得：联立得：第27页，共30页，编辑于2022年，星期日(1)导体是等势体导体是等势体(2)导体表面是等势面导体表面是等势面 小小 结：结：1、导体的静电平衡、导体的静电

13、平衡 当静电场中的导体内部任何一个点电荷都不发生宏观移当静电场中的导体内部任何一个点电荷都不发生宏观移动时，称为静电平衡。动时，称为静电平衡。电场条件电场条件:(1)导体内的电场强度处处为零导体内的电场强度处处为零(2)导体表面的电场强度垂直与导体表面导体表面的电场强度垂直与导体表面电势条件电势条件:一、静电场中的导体一、静电场中的导体第28页，共30页，编辑于2022年，星期日3、带电导体表面的电荷密度、带电导体表面的电荷密度空腔带电导体空腔带电导体(腔内无带电体腔内无带电体)-电荷只能分布在导体的外表面上电荷只能分布在导体的外表面上 空腔带电导体空腔带电导体(腔内有带电体腔内有带电体)-空

14、腔内表面带电与腔内带电体带电等值异号空腔内表面带电与腔内带电体带电等值异号4、带电导体表面的场强、带电导体表面的场强2、带电导体的电荷分布、带电导体的电荷分布实心带电导体实心带电导体-电荷只能分布在导体的表面上电荷只能分布在导体的表面上第29页，共30页，编辑于2022年，星期日2、电介质中的高斯定律、电介质中的高斯定律 电位移通量电位移通量 在任何静电场中，通过任意闭合曲面的电位移通量等在任何静电场中，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于该闭合曲面所包围的自由电荷自由电荷的代数和。与的代数和。与极化电荷极化电荷无关。无关。电位移矢量电位移矢量 1、有介质存在时电场、有介质存在时电场称为绝对介电常数称为绝对介电常数称为相对介电常数称为相对介电常数二、静电场中的电介质二、静电场中的电介质第30页，共30页，编辑于2022年，星期日