静电场中的导体和电介质.ppt

前一部分我们讨论了真空中的静电场，引入了描述静电场特性的两个基本物理量——电场强度和电势。

实际工作中常遇到电场中存在导体和电介质的问题，研究导体和电介质存在时静电场的分布，在电工、无线电等具体问题中有重要意义。第二部分静电场中的导体和电介质§1静电场中的导体
EffectsofConductorinElectrostaticField加上外电场后+问：这种静电感应的过程是否会一直进行下去？+静电平衡条件：金属球放入前电场为一均匀场金属球放入后电场线发生弯曲
电场为一非均匀场导体内各点电势相等+二静电平衡时导体上电荷的分布2空腔导体若内表面带电，必等量异号空腔内有电荷时作扁圆柱形高斯面讨论：导体表面附近的场强公式适用条件：例P辨析问题出在公式２，在靠近无限大均匀带电平面处，距离ｒ与导体厚度已经可以比拟，故在带电导体附近看导体，已可以看成有厚度的板d分析由导体表面附近一点的场强公式导体表面上的电荷分布情况，不仅与导体表面形状有关，还和它周围存在的其他带电体有关。例题:两个半径分别为R和r的球形导体（R>r），用一根很长的细导线连接起来（如图），使这个导体组带电，电势为U，求两球表面电荷面密度与曲率的关系。解:两个导体所组成的整体可看成是一个孤立导体系，在静电平衡时有一定的电势值。设这两个球相距很远，使每个球面上的电荷分布在另一球所激发的电场可忽略不计。细线的作用是使两球保持等电势。因此，每个球又可近似的看作为孤立导体，在两球表面上的电荷分布各自都是均匀的。设大球所带电荷量为Q，小球所带电荷量为q，则两球的电势为可见大球所带电量Q比小球所带电量q多。带电导体尖端附近的电场特别大，可使尖端附近的空气发生电离而成为导体产生放电现象．<电风实验>雷击尖端三静电屏蔽接地空腔导体
将使外部空间不受
空腔内的电场影响.原

则例有一外半径R1=10cm，内半径R2=7cm的金属球壳，在球壳中
放一半径R3=5cm的同心
金属球，若使球壳和球
均带有q=10-8C的正电
荷，问两球体上的电荷
如何分布？球心电势为
多少？解R1=10cm，R2=7cm
R3=5cm，q=10-8C是一种电阻率很大（），+3、电介质的极化(Polarization)（1）无极分子的位移极化（2）有极分子的转向极化有极分子电介质也存在位移极化，但取向极化是主要的，它比位移极化约大一个数量级。（3）极化的宏观效果（4）极化电荷与自由电荷的区别极化电荷可作微小移动，在介质内产生的场强可削弱介质内的外场，是不能宏观分开的正、负电荷。
自由电荷是能够宏观分开的正、负电荷，在导体内部所产生的场强完全抵消外场。1、铁电体（ferroelectrics）应用：电声换能器、压电晶体振荡器、
压电变压器、压电传感器+++++++++++二、电介质对电场的影响相对电容率三、极化电荷与自由电荷的关系++++++++++++++++++++++有介质时的高斯定理E的高斯定理：定义(引入)电位移矢量：电位移线（D线）发自正自由电荷，止于负自由电荷。在闭合面上的通量只和闭合面内的自由电荷有关。给定自由电荷分布，如何求稳定后的电场分布和束缚电荷分布？例1把一块相对电容率r=3的电介质，放在相距d=1mm的两平行带电平板之间.放入之前，两板的电势差是1000V.试求两板间电介质内的电场强度E，电极化强度P，板和电介质
的电荷面密度，
电介质内的电位
移D.解d例2图中是由半径为R1的长直圆柱导体和同轴的半径为R2的薄导体圆筒组成，其间充以相对电容率为r的电介质.设直导体和圆筒单位长度上的电荷分别为+和-.求(1)电介质中的电场强度、电位移和极化强度；(2)电介质内外表面的极化电荷面密度.解(1)(2)一孤立导体的电容例球形孤立导体的电容二电容器电容的大小仅与导体的形状、相对位置、其间的电介质有关，与所带电荷量无关.3电容器电容的计算例1平行平板电容器例2圆柱形电容器平行板电容器电容例3球形电容器的电容孤立导体球电容设两金属线的电荷线密度为三电容器的并联和串联一电容器的电能二静电场的能量能量密度例1如图所示,球形电容器的内、外半径分别为R1和R2，所带电荷为Q．若在两球壳间充以电容率为的电介质，问此电容器贮存的电场能量为多少？解（球形电容器）例2圆柱形空气电容器中，空气的击穿场强是Eb=3106V·m-1，设导体圆筒的外半径R2=10-2m.在空气不被击穿的情况下，长圆柱导体的半径R1取多大值可使电容器存储能量最多？解单位长度的电场能量+
静电场