課件-05、靜電場(chǎng)中導(dǎo)體

導(dǎo)體

絕緣體1、導(dǎo)體

存在大量的可conductor2、絕緣體

理論上認(rèn)為無也稱

電介質(zhì)

dielectric移動(dòng)的電荷移動(dòng)的電荷3、半導(dǎo)體

介于上述兩者之間

semiconductor本章

金屬導(dǎo)體和電介質(zhì)對(duì)場(chǎng)的影響1、導(dǎo)體的靜電平衡--在電場(chǎng)中，導(dǎo)體的

和表面都沒有電荷定向移動(dòng)的狀態(tài)。2、導(dǎo)體靜電平衡條件導(dǎo)體內(nèi)任一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度為零。與導(dǎo)體表面之外緊鄰處場(chǎng)強(qiáng)與該處表面垂直。3、導(dǎo)體靜電平衡的性質(zhì)導(dǎo)體是一等勢(shì)體，導(dǎo)體表面是一等勢(shì)面。導(dǎo)體外部附近空間的場(chǎng)強(qiáng)與導(dǎo)體表面正交。一、靜電感應(yīng)與靜電平衡0E

二、靜電平衡時(shí)導(dǎo)體上電荷的分布１、實(shí)心導(dǎo)體1、電荷只分布在導(dǎo)體表面，導(dǎo)體

凈電荷為零。2、導(dǎo)體表面附近的場(chǎng)強(qiáng)與該處導(dǎo)體表面的電荷面密度成正比。３、大致而言，導(dǎo)體表面曲率較大的地方，電荷密度也較大。++++++++++++++++

++左F+F右經(jīng)驗(yàn)告訴：毛刺越多，質(zhì)量就越差帶來一個(gè)現(xiàn)象--尖端放電在帶電尖端附近，電離的分子與周圍分子碰撞，使周圍的分子處于激發(fā)態(tài)發(fā)光而產(chǎn)生電暈現(xiàn)象。電暈現(xiàn)象產(chǎn)生電能的浪費(fèi)、產(chǎn)生雜散的電磁波、引起火災(zāi)等。焊接：A、腔內(nèi)無帶電體特點(diǎn)：1、空腔內(nèi)表面沒有電荷，電荷只分布在外部表面。2、空腔

也沒有電場(chǎng)，為一等勢(shì)空間。(導(dǎo)體中場(chǎng)強(qiáng)為零，凈電荷密度為零，導(dǎo)體為等勢(shì)體。）++---縱剖面+++---+證明：２、內(nèi)有空腔的導(dǎo)體B、腔內(nèi)有帶電體（設(shè)

電荷為q，空腔導(dǎo)體原來帶電Q）結(jié)論：靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)表面帶電-q，外球帶電。+++

+縱剖面q-

+Q外q-'內(nèi)S++

q++

+Q++

++++

+-+

--

+

--

++

+

-防止靜電干擾的思路：1）“躲

”2）大家自覺防止靜電場(chǎng)外泄三、靜電RoA--

-

--+---

q-'

dq'qL例1、在一接地導(dǎo)體球附近，有一電量為q的點(diǎn)電荷，q離導(dǎo)體球球心的距離為L(zhǎng)，球半徑為R，求導(dǎo)體球上的感應(yīng)電荷的電量。解：設(shè)導(dǎo)體上感應(yīng)電荷為，q'

(

)注意：O點(diǎn)的電勢(shì)為零，且是的電場(chǎng)疊加的結(jié)果。'同產(chǎn)生q'

1

40

Rqdq'

0q'U

U

U

'

04

R04

LqooU

'

q'

40

R

dq'

RoA--

-

--+---

q-'

dq'qL

q'

40

RLq'

R

q例2、兩塊可視為無限大的導(dǎo)體平板A、B，平行放置，間距為d，板面為S。分別帶電QA、QB。且均為正值。求兩板各表面上的電荷面密度及兩板間的電勢(shì)差。解：設(shè)四個(gè)表面電荷面密度分別為：1、2、3、401

S內(nèi)SE

dS

qi

0作

面S’

2

1

3

2

2

3aad12

32s

s

s

0s1QB4QA2

3QBQA

2

3

00

0

0

02

2

2

21

2

3

41a4b導(dǎo)體內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)為零，為場(chǎng)中所有電荷共同疊加的結(jié)果。a

d

a解以上四式得1S

2S

QA

3S

4S

QBB2S1

4

B2S

2

A2S

3

電荷守恒X電壓：AB0U

Ed

2

d1.產(chǎn)4生的場(chǎng)強(qiáng)抵消，a

d

a1QB4QA2

3X

2

.

3產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)相加，(若2>0,電力線如圖)故：

412S22S32S若QA=-QB0

0412S

2S32

這時(shí)電場(chǎng)只集中在兩板之間。aad14QBX3QA22

412S22S32S例3、一無限大帶等量異性電荷平行金屬板，

相

距為d，電荷密度度為，若在其中

一厚d/3的平行金屬板，板間電壓變化多少？d1

d2

d3dA++-+

+-+

+-+

+-+

+--

++

+-+

+-+

+-+

+-++

1

2+-

BU

l

E

dl解：未

前電壓AB10

Ed

d金屬板后：由定理：0E

1

2

UAB2

l

E

dl301

20

d

0

d

d

3

0

3

2

d

2

UAB1d1

d2

d3dAA+++-+

+-+

+-+

+-+

+--

++

+-+

+-+

+-+

+-++

1

2+-

B電壓降低了1/3，電

壓降低的原因是什么？R2R31q

R例4、在帶電量為q、半徑為R1的導(dǎo)體球殼外，同心放置一個(gè)內(nèi)外半徑為R2、R3的金屬球殼。1、求外球殼上電荷及電勢(shì)分布；2、把外球接地后再絕緣，求外球上的電荷分布及球殼內(nèi)外的電勢(shì)分布；3、再把內(nèi)球接地，求內(nèi)球上的電荷分布及球殼的電勢(shì)。q23q解1、作

面可知：2由電荷守恒定律：

02

q3r

R11、求電勢(shì)分布：（用疊加原理）0

114

RqU

0

24

R

q4

Rqq

(

1

130

1

)0

3

4

R1

R2

R(R1

r

R2

)

q

q

q

U04

r20

24

R0

34

R

q

(1

1

1

)04

r

R2

R3R2R31q

Rq2q3r

q

40rU

4

q

q

40

r

40

rq04

r3U

q04

r0

34

Rq(R2

r

R3

)40

R3

q

R23R1q

R2q3qrr

R340rr

q

32、外球接地后再絕緣：

q

0r

R1

q

40

R1U1

q

40

R22電勢(shì)分布：(R1

r

R2

)

q

U04

r20

24

R

q

q

(1

1

)204

r

RR2R31q

Rq2q3r電勢(shì)分布：(R1

r

R2

)q04

r2U

0

24

R

q

(1

1

)40

r

R2q

q

U04

r30

0

q4

r(R2

r

R3

)r

R3R2R31q

Rq2rrU04

r40

0

q

q4

r2RR31Rq'2q'31q'3、再把內(nèi)球接地：電荷重新分布：由

定律：'

由電荷守恒定律：'3

'2因內(nèi)球接地，電勢(shì)為零

1

2

3

0q'

q'

q'4

0

R140

R240

R3'3R1R3

R2

R3

R1R2(R2

R3

R1R3

)q球殼的電勢(shì)：三式解得：R23R12q'q'31

Rq'rq'

q'

q'4

0r40r40

R3U3

1

2

3

R1R2

R2

R3

R1R3R1R2q1q'

'2R

R

q

1

2

R1R3

R2

R3

R1R2q

'3R1R3

R2

R3