静电场与电容器

图3-5电荷分布 电荷分布
2．带电导体的尖端放电 ．
由于导体表面附近的电场强度与电荷的面密度成正比，所 以在导体的尖端处电荷的面密度大，附近的电场强度也大。 导体尖端的电场特别强时，会导致一个重要的后果，就是 尖端放电。尖端放电会将空气或导体的绝缘层击穿，造成 事故。 3．尖端放电的利用及危害的避免 尖端放电的典型应用就是避雷针，避雷针利用尖端放电的 避雷针利用尖端放电的 原理将雷电引向避雷针放电， 原理将雷电引向避雷针放电，以此来防止雷电对建筑物的 破坏；在高压设备中，为了防止因尖端放电而引起的危险 破坏 往往采用表面极光滑而由较粗的导线， 和电能损失，往往采用表面极光滑而由较粗的导线，并把 往往采用表面极光滑而由较粗的导线 电极做成光滑的球状表面。 电极做成光滑的球状表面。
c) 匀强电场方向
3.1.3静电场中的导体 静电场中的导体 当将不带电的导体（金属）放入电场中，导体中的自由电 荷在电场力的作用下，要进行重新分布。当导体中的电荷 形成的电场与外电场达到新的平衡时，导体中的电荷才停 止移动。 1. 导体的静电平衡条件 当将不带电的（导体中的正负电荷中和，不显电性）导体 放入由正电荷激发的电场E0中，如图3-2所示。导体在外 电场的作用下，负电荷受引力向左移动；正电荷受斥力向 右移动。由于导体的两端产生了电荷的堆积，在导体内形 成一新的附加电场E/，此电场和外电场方向相反，如图中 所示。导体内的总电场E=E0 —E/ ，当内电场和外电场大小 相等时，E0 =E / ，在导体内的总电场E = 0，导体中的电荷 停止移动，即达到静电平衡。导体中的总电场 = 0称为电 导体中的总电场E 称为电 导体中的总电场 场中导体的静电平衡条件。 场中导体的静电平衡条件。
2．电场强度 ． 在带电体（带有电荷的物体）的周围存在着电场，电场对 其它带电体有力的作用。为了衡量电场的强弱，引入了电 场强度的概念，其定义为：在电场中的任一点，实验电荷 在电场中的任一点， 在电场中的任一点 所受电场力F 与电荷量Q 之比，称为该点的电场强度，用 所受电场力 与电荷量 之比，称为该点的电场强度 用E 表示，其数学表达式为 表示
产品的品质下降；雷电（静电放电）这一自然现象每年仅 在通信系统及设备上造成的经济损失就以亿计；计算机、 各种精密电子仪器为了防止静电等的干扰，则必须采取屏 蔽措施……。为了合理应用静电并对静电进行防护，我们 应掌握一些静电的基本知识。
3.1.1 什么是静电
带有电荷的物体称为带电，如果物体所带电荷相对静止， 带有电荷的物体称为带电，如果物体所带电荷相对静止， 称物体带有静电。 称物体带有静电。 在自然界中，各种物质都是由原子组成的，原子是由原子 核（原子核带正电）和核外电子（电子带负电）组成。自 然界中存在两种电荷：正电荷和负电荷，且同种电荷互相 排斥，异种电荷互相吸引。正电荷用符号“+”表示；负 电荷用符号“－”表示。物体带电的多少用电荷量表示， 电荷量的单位为C（库仑），一个电子所带的电荷量为 1.6×10-19C。
图3-2电场中的导体 电场中的导体
由静电平衡条件可知，在电场中的导体，电荷分布在导体 的两端，导体内部的电场强度为零 导体内部的电场强度为零。这里必须注意：导体 导体内部的电场强度为零 内部的电场，是由一切电荷（包括外部的电荷和导体内部 的电荷的总和）产生的总电场。 2.静电中的空腔导体 静电中的空腔导体 （1）空腔外存在电场 由金属组成的空心物体，称为空腔。如果有一空腔导体处 于外电场中，根据导体的静电平衡条件，空腔内的电场强 空腔内的电场强 度为零，即导体内不受外电场的影响。腔外电场强度无论 度为零，即导体内不受外电场的影响 大小怎样变化，腔内的电场始终为零，如图3-3所示。这 样，导体空腔就“保护”了他所包围的区域，使之不受外 表面的电荷和外电场的影响。这一原理是电工电子技术中 电场屏蔽的理论基础。
电容器分为有极性和无极性两种类型，无极性电容器在接 入电路时不考虑其极性，有极性电容器在接入电路时正负 极不得接反。电解电容器是有极性电容器，使用时要注意。 3.2.2电容量和工作电压 电容量和工作电压 1.电容量 电容量 当给电容器两端加上电压，如图3-10所示，则电容器的两 个极板上就聚集起等量异号的电荷，两极板间就形成电场。
案例1—静电喷涂
案例叙述：静电喷涂是根据异性电荷相互吸引的原理，使 喷枪作为电极，使喷出的油漆或粉末带电，被喷涂的工件 （金属）作为另一个电极亦带电（与涂料的带电极性相 反），当涂料喷出时在电场力的作用下，飞向工件。 案例效果：静电喷涂由于喷出的 涂料和工件之间有力的作用，不 乱飞，节省涂料，减少污染以及 提高喷涂质量。图3-6是塑料喷 涂机，由高压发生器、料筒和喷 枪组成，工作时由喷枪喷出的塑 料粉末由于通过高压发生器，形 成带电离子，这些带电粒子在电 场力的作用下飞向被喷涂的工件。
我们用手推桌子，通过手和桌子直接接触，把力 作用到桌子上；马拉车时，通过绳子和车直接接 触，将力作用到车上。这些都是通过直接接触进 行力的传递。 两个带电物体没有直接接触，力是靠什么传递的 呢？在带电体的周围存在一种看不见、摸不着的 物质场，这种物质场可传递两个带电物体之间的 相互作用力，我们称这种物质场为电场。电场是 由电荷激发的，有电荷就有电场，电场和电荷同 生同灭。电荷量大，激发的电场就强；电荷量小， 激发的电场就弱。由静电荷激发的电场称为静电 静电荷激发的电场称为静电 场。
2.2 电容器与电容
3.2.1电容器的结构 电容器的结构
两块彼此绝缘的导体就构成一个电容器，两个导体称为电 容器的电极。图3-8是平行板电容器结构图，两个平行的 金属板构成电容器的极板，两个极板之间为电介质，电介 质可为空气、纸、云母、塑料薄膜等材料。 图3-9是一只电容器的解剖图。
图3-8平行板电容器 平行板电容器 a) 结构 b)符号 符号 图3-9电解电容器结构 电解电容器结构
技能目标： 技能目标：
会使用指针式万用表判断电容器的好坏， 会使用指针式万用表判断电容器的好坏，会根据需要正确 选用电容器
2.1 静电与静电场
电荷在导体中的定向流动形成电流，当电荷不流动时， 电荷在导体中的定向流动形成电流，当电荷不流动时，我 们称为静电。目前，静电在人们的生产、 们称为静电。目前，静电在人们的生产、生活中的应用越 来越多。如静电复印机、静电打印机、静电除尘器等； 来越多。如静电复印机、静电打印机、静电除尘器等；根 据静电感应原理制成的电子器件，如静电感应晶闸管、 据静电感应原理制成的电子器件，如静电感应晶闸管、晶 体管等；静电技术还广泛应用于纺织、印染、塑胶、印刷、 体管等；静电技术还广泛应用于纺织、印染、塑胶、印刷、 胶片处理、静电喷涂、造纸等行业。 胶片处理、静电喷涂、造纸等行业。静电的科学应用给人 们带来了很多方便，但静电的危害、 们带来了很多方便，但静电的危害、静电给人们造成的经 济损失也在逐年增加。 济损失也在逐年增加。如静电可引起电子设备的故障或误 动作，造成是磁干扰； 动作，造成是磁干扰；静电可击穿集成电路或精密电子元 器件，降低产品的成品率；高压静电放电造成电击， 器件，降低产品的成品率；高压静电放电造成电击，危及 人身安全；静电在粉尘、易燃易爆、 人身安全；静电在粉尘、易燃易爆、油雾等场所易引起爆 炸和火灾；在精密生产场所，由于静电吸附灰尘， 炸和火灾；在精密生产场所，由于静电吸附灰尘，使
a)屏蔽柜 屏蔽柜
图3-7b是接线电缆，电缆最易受外界电场干扰，为了消除 干扰，在电缆的外层包上一层金属网，使导线形成金属空 腔，有效的屏蔽外界电场干扰。屏蔽电缆规格有多种，在 工程中用途很广。 图3-7c是一个电子器件（中频变压器），为了屏蔽电场干 扰，用接地的金属外壳屏蔽，金属壳内形成金属空腔，隔 断电子器件对外的干扰。
a) 外表面不接地 b) 外表面接地 图3-4腔内带电体 腔内带电体
3．静电屏蔽 ．
在电子、电器设备中，为了使其不受外电场的干扰或不对外 产生干扰，要采取静电屏蔽措施。根据空腔屏蔽原理，将 根据空腔屏蔽原理， 根据空腔屏蔽原理 需要被屏蔽的器件、设备等放在金属壳或金属网中， 需要被屏蔽的器件、设备等放在金属壳或金属网中，可得 到很好的屏蔽作用。 到很好的屏蔽作用
3.1.4 带电导体的电荷分布与尖端放电 1．带电导体的电荷分布 ．
当带电导体所带的为同一种电荷时，由于同性相斥 由于同性相斥，使电 由于同性相斥 荷在导体中的分布有以下规律：面电荷密度的大小与表面的 曲率有关，表面曲率大的地方电荷密度大；表面曲率小的地 方电荷密度小。具体地说，导体表面凸出且尖锐的地方电荷 密度大；表面较平坦的地方电荷密度小；表面凹进去的地方 电荷密度更小如图3-5所示。
项目二 静电场与 电容
项目二 静电场与电容
知识目标： 知识目标：
1.理解什么是静电，静电的应用与及其危害的防止； 理解什么是静电，静电的应用与及其危害的防止； 理解什么是静电 2.掌握电容器的工作原理，理解电容器是动态元件、储能 掌握电容器的工作原理， 掌握电容器的工作原理 理解电容器是动态元件、 元件； 元件； 3.会用电容器的串联和并联得到合适容量的电容； 会用电容器的串联和并联得到合适容量的电容； 会用电容器的串联和并联得到合适容量的电容 4.了解电容器的工程应用 了解电容器的工程应用
a)处于正电场中的空腔 处于正电场中的空腔 b) 处于负电场中的空腔 图3-3电场中的空腔导体 电场中的空腔导体
（2）空腔内有带电体 如图3-4a所示，腔内有带电体。根据导体的静电平衡条件， 在空腔的内表面和外表面上产生感应电荷，使空腔的内、 外表面之间的导体部分的电场强度为零。这样，空腔外表 面产生感应电荷，这将影响腔外的电场分布。 如果将空腔的外表面接地，则由腔内的带电体在腔外产生 的感应电荷流入地内，使空腔外金属表面的电位为零，这 样，腔内的带电体对腔外无任何影响，如图3-4b所示。
产生静电的原因一般是由于物体的相互摩擦和带 电体的相互感应。在中学物理课中我们学习了摩 擦起电，如用丝绸和玻璃棒摩擦可使玻璃棒中的 玻璃棒中的 电子转移到丝绸上，使玻璃棒带正电；在工程中 电子转移到丝绸上，使玻璃棒带正电 使用的静电是用静电发生器产生的，它将低电压 通过电子电路升压到20kV～30kV，在它的两个电 极上提供静电场。 3.1.2 静电场和电场强度 1．静电场 ． 由实验可知，两个带有电荷的物体之间有力的作 用。其受力方向根据所带电荷的极性不同，为同 同 极性相斥；异极性相吸。 极性相斥；异极性相吸