《大学物理学》毛骏健_顾杜课件第06章 静电场中的导体和电介质(1)

1、引言：引言：静电场与物质相互作用问题：静电场与物质相互作用问题：（2）物质的电学行为也会影响电场分布，最后达到物质的电学行为也会影响电场分布，最后达到静电平衡状态。静电平衡状态。理论基础为静电场的高斯定理和环路定理。理论基础为静电场的高斯定理和环路定理。0ll dEniiSeqSdE101内（1 1）物质在静电场中要受到电场的作用，表现出宏物质在静电场中要受到电场的作用，表现出宏观的电学性质（与静电场相互作用的机制）观的电学性质（与静电场相互作用的机制）物质分类：物质分类：导体导体（金属、电解液、等离子体（金属、电解液、等离子体）金属导体金属导体中有大量自由电子（在晶格离子的正电背景下）中有大

2、量自由电子（在晶格离子的正电背景下）绝缘体绝缘体与导体相对，绝缘体内部没有可自由移动的电荷与导体相对，绝缘体内部没有可自由移动的电荷-也称也称电介质电介质。半导体半导体半导体内有少量的可自由移动的电荷。半导体内有少量的可自由移动的电荷。导体、绝缘体、半导体与静电场作用的导体、绝缘体、半导体与静电场作用的物理机制各不相同。物理机制各不相同。超导体超导体6-1 6-1 导体的静电平衡性质导体的静电平衡性质6-2 6-2 静电场中的电介质静电场中的电介质6-3 6-3 电容和电容器电容和电容器6-4 6-4 静电场的能量静电场的能量1 1导体的静电平衡导体的静电平衡 导体导体-F-+EEi=0-+静

3、电感应：静电感应：在外电场影响下，导在外电场影响下，导体表面不同部分出现体表面不同部分出现正负电荷的现象。正负电荷的现象。静电平衡：静电平衡：感应电荷感应电荷产生的附加电产生的附加电场与外加电场在导体内场与外加电场在导体内部相抵消。此时，导体部相抵消。此时，导体内部和表面没有电荷的内部和表面没有电荷的宏观运动。宏观运动。00EEEiE06-1 6-1 导体的静电平衡性质导体的静电平衡性质2.2.导体静电平衡时的性质导体静电平衡时的性质电场电场：导体内部的场强处处为零导体内部的场强处处为零；导体外靠；导体外靠近表面处的场强方向与导体表面垂直。近表面处的场强方向与导体表面垂直。电势电势：导体内部和

4、表面电势相等：导体内部和表面电势相等 即整个导体是一个即整个导体是一个等势体等势体 ，表面成为，表面成为等势面等势面 1)、在静电平衡下，导体的内部没有净电荷，、在静电平衡下，导体的内部没有净电荷， 导体所带的电荷只能分布在导体的表面。导体所带的电荷只能分布在导体的表面。niiSqSdE101内0E0iiq内3.3. 静电平衡下导体上的电荷分布静电平衡下导体上的电荷分布E = 0 2)、静电平衡下的、静电平衡下的孤立导体孤立导体，其表面处，其表面处面电荷密面电荷密度度与表面曲率有关与表面曲率有关。曲率（曲率（1/R）越大的地方电荷密度也越大，曲率越）越大的地方电荷密度也越大，曲率越小的地方电荷

5、密度也越小。当表面凹进，曲率为小的地方电荷密度也越小。当表面凹进，曲率为负值时，电荷密度更小。负值时，电荷密度更小。因此，因此，孤立的孤立的带电导体球、长直圆柱、无限大平带电导体球、长直圆柱、无限大平面表面电荷均匀分布。面表面电荷均匀分布。特例：特例：相距很远的大小导体用导线相连接相距很远的大小导体用导线相连接电势相等：电势相等：rqRQ0044RrrqRQrR22/RRQ,rrq,3)、处于静电平衡的导体，其表面上各点的电、处于静电平衡的导体，其表面上各点的电荷密度与表面邻近处的电场强度的大小成正比：荷密度与表面邻近处的电场强度的大小成正比：由高斯定理由高斯定理 ：SenE 0dSEdSSd

6、ES0EneE021EEE来自电荷来自电荷dS 的贡献的贡献其它电荷的贡献其它电荷的贡献4.4.尖端放电尖端放电 避雷针避雷针 电晕电晕 静电除尘静电除尘静电除尘静电除尘电晕极电晕极导体与静电场相互作用问题计算基本原则导体与静电场相互作用问题计算基本原则导体静电平衡条件：导体静电平衡条件：0导体内部E静电场基本方程：静电场基本方程：niiSeqSdE101内0ll dE电荷守恒定律：电荷守恒定律：constqii例：例： 两块大导体平板，面积为两块大导体平板，面积为S ，分别带电，分别带电q1和和 q2，两板间距远小于板的线度。求平板各表面的电荷密两板间距远小于板的线度。求平板各表面的电荷密度。度。2341q1q2BA