第14章靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體和電介質(zhì)

第十四章靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體和電介質(zhì)ConductorandDielectricintheElectrostaticField§14-1靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體§14-2靜電場(chǎng)中的電介質(zhì)§14-3電容器及其電容§14-4電容器的能量有電介質(zhì)時(shí)靜電場(chǎng)的能量§14-1靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體ConductorintheElectrostaticField1．導(dǎo)體的靜電平衡過(guò)程(b)E=0(c)FE0(a)-e2．導(dǎo)體靜電平衡時(shí)的性質(zhì)電荷：1）導(dǎo)體內(nèi)部無(wú)未抵消的凈電荷存在，電荷只分布在導(dǎo)體表面。導(dǎo)體內(nèi)部無(wú)凈電荷證明：

SenE

3）對(duì)孤立導(dǎo)體，導(dǎo)體表面曲率越大的地方，電荷密度越大，電場(chǎng)強(qiáng)度也越大，反之越小。導(dǎo)體表面電荷面密度與曲率的關(guān)系避雷針3.空腔導(dǎo)體3.1空腔內(nèi)無(wú)電荷的情況1）空腔內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度為零，不管外界的電場(chǎng)怎樣。2）電荷只分布在外表面上，內(nèi)表面處處無(wú)電荷。實(shí)心導(dǎo)體與空心導(dǎo)體等效3.2空腔內(nèi)有電荷的情況

空腔導(dǎo)體內(nèi)表面所帶電荷與空腔內(nèi)帶電體所帶電荷的代數(shù)和為零。3.3靜電屏蔽防靜電屏蔽袋

屏蔽線高壓電防護(hù)服高壓作業(yè)解:（1）（2）（3）例14-2

兩塊大導(dǎo)體平板，面積為S

，分別帶電q1和q2，兩板間距遠(yuǎn)小于板的線度。求平板各表面的電荷密度。2341q1q2BA

解：電荷守恒導(dǎo)體板內(nèi)E=02341q1q2BA

§14-2靜電場(chǎng)中的電介質(zhì)DielectricintheElectrostaticFieldH+H+H+H+C-4無(wú)極分子：CH4有極分子：H2OH+H+O--1.1電介質(zhì)

分子中的正負(fù)電荷束縛很緊，介質(zhì)內(nèi)部幾乎沒(méi)有自由電荷。1.電介質(zhì)的極化電介質(zhì)

±±±±±±±±±±±±±±±

+

+

+E0E0+++

+

+

++++E0

+

+

+E01.2電介質(zhì)的極化過(guò)程無(wú)極分子的位移極化有極分子的轉(zhuǎn)向極化

在外電場(chǎng)的作用下，介質(zhì)表面產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象稱為電介質(zhì)的極化。

電介質(zhì)的極化的結(jié)果：

電介質(zhì)的極化：

說(shuō)明：1.位移極化和取向極化。2.機(jī)理不同，效果相同。3.束縛電荷。4.高頻電場(chǎng)情況下。5.

非均勻介質(zhì)時(shí)，在內(nèi)部也有束縛電荷。6.

嚴(yán)格的理論，用量子力學(xué)。2.有介質(zhì)時(shí)的高斯定律

2.1電位移矢量

在任何靜電場(chǎng)中，通過(guò)任意閉合曲面的電位移通量等于該曲面所包圍的自由電荷的代數(shù)和。2.2介質(zhì)中的高斯定理線性且各向同性的電介質(zhì)：一般情況：2.3用高斯定律計(jì)算有電介質(zhì)時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度Rrdr

解：（1）（2）rrrRRRR+dR+dR+dDEUOOO(a)(b)(c)D、E、～r關(guān)系曲線§14-3電容器及其電容ElectricCapacitorandElectricCapacitance1.孤立導(dǎo)體的電容

單位:C決定于導(dǎo)體的形狀、大小及周?chē)碾娊橘|(zhì)，與導(dǎo)體帶電荷無(wú)關(guān)。

2.電容器的電容

導(dǎo)體B與導(dǎo)體A組成的導(dǎo)體系，叫做電容器，A、B為電容器的兩極板，導(dǎo)體A、B相對(duì)兩表面上所帶的等值異號(hào)的電荷量為電容器所帶的電量。2.1電容器-q+q電容器BA

2.2電容器的電容各種電容器計(jì)算要點(diǎn)：3.電容器電容的計(jì)算2）計(jì)算極板間的電勢(shì)差：1）設(shè)電容器帶電Q

，求極板間場(chǎng)強(qiáng)分布：3）由電容器電容定義計(jì)算電容：3.1平板電容器的電容+++++++++---------BA

Odx

3.2球形電容器的電容R2R1OQ-Q

lR1R2O

Q-Q3.3圓柱形電容器的電容例14-4

一平行板電容器，中間有兩層厚度分別為d1和d2的電介質(zhì)，它們的相對(duì)介電常數(shù)分別為r1和r2，極板面積為S

，求該電容器的電容。

d1d2xO

r2r1Q-Q解：電容器的串聯(lián)電容器的并聯(lián)4.電容器的串聯(lián)和并聯(lián)4.1電容器的串聯(lián)4.2電容器的并聯(lián)§14-4電容器的能量EnergyStoredinCapacitors有電介質(zhì)時(shí)的靜電場(chǎng)能量EnergyofElectrostaticFieldinthePresenceofDielectric電容器中的靜電能+q-q+++++------dqU1U2+-電容器極板的帶電過(guò)程是使中和的正負(fù)電荷分離的過(guò)程。在正負(fù)電荷的分離過(guò)程中，外力必須克服電荷之間的相互引力而作功，所以電源必須消耗某種形式的能量。從能量守恒看，電源所作的功等于電容器所儲(chǔ)存的能量。電源把－dq的電荷從正極板搬到負(fù)極板上，相當(dāng)于把帶電量為+dq的正電荷從負(fù)極板搬到正極板電源所做的功。電容器的充電過(guò)程是把其他形式的能量轉(zhuǎn)化成電勢(shì)能的過(guò)程。----1.平行板電容器所具有的電能電容器充電=外力不斷地把電荷元dq從負(fù)極板遷移到正極板極板上電荷從0~Q，外力作功根據(jù)能量守恒定律，外力作功A=電容器中儲(chǔ)存的靜電能W該結(jié)果由平行板電容器推得，但具有普遍意義。討論：在實(shí)際應(yīng)用中，充電時(shí)電壓值給定，故C：是電容器儲(chǔ)存能量本領(lǐng)大小的標(biāo)志2.有電介質(zhì)時(shí)的靜電場(chǎng)能量一般地：線性且各向同性的電介質(zhì)：dR1R2解:（1）

（2）

另解：人有了知識(shí)，就會(huì)具備各種分析能力，