第11章静电场中的导体与电介质PPT课件

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电介质-PPT课件

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导体的静电感应过程


E0

加外电场---电子在电场力作用下运动
导体的 ' 外场 E 0
导体的静电感应过程


E0

感应 E ' 外场 E 0
导体的静电感应过程

q2
+ q1
q1 + q1
q 1+ q 2
三、静电平衡导体的表面场强
. dS = E s
=
. + S d E 内
0 +
. + S d E 表
E表 S +
. S d E 侧
0
E
1
0
q
i i
1
0
S
σ
E 0
S
有导体时静电场的分析方法
导体放入静电场中:
导体的电荷 重新分布
导体上的电荷分 布影响电场分布
b a
a、b在导体内部:
b
a
U0 E 0
a、b在导体表面:
Ed l 0 即 U 0 E d l
----静电平衡的导体是等势体
静电平衡条件:
用场强来描写: 1、导体内部场强处处为零; 2、表面场强垂直于导体表面。 用电势来描写: 1、导体为一等势体; 2、导体表面是一个等势面。
E0
感应 E ' 外场 E 0
导体的静电感应过程


E0
感应 E ' 外场 E 0
导体的静电感应过程
E0 E ' E E E ' 0 0

静电场和物质的相互作用ppt课件

静电场和物质的相互作用ppt课件
第 11 章 静电场与物质的相 互作用
1


➢静电场与物质的相互作用问题:(1)物 质在静电场中要受到电场的作用,表现出 宏观电学性质;(2)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。
➢理论基础为静电场的高斯定理与环流定理
qi
E dS i
S
0
L E dl 0
2
***物质分类***
+
R
+
+ + ++
因此, 孤立的带电导体球, 长直圆柱, 无限大平板表面
电荷均匀分布.
8
特例:相距很远的大小导体球用导线相连接
Q,R,1
+
+
+
+
+
+
q,r,2
+ +
++ +
电势相等:
Qq
40R 40r
1 2
Q / R2 q / r2
r R
9
3、处于静电平衡的导体,其表面上各点的电荷密度
与表面邻近处场强的大小成正比。
§11.1 静电场中的导体 §11.2 静电场中的电介质 §11.3 电容器和电容 §11.4 静电场的能量
4
§11.1 导体的静电平衡性质
一、导体的静电感应现象
静电感应: 在外电场影响下,导 体表面不同部分出现正负 电荷的现象。
静电平衡:感应电荷产生的附 加电场与外加电场在导 体内部相抵消。此时, 导体内部和表面没有电 荷的宏观定向运动。
A
B
1
4
q1 q2 2S
2
3
q1 q2 2S 15

静电场中的导体与电介质

静电场中的导体与电介质
出现:极化电荷或束缚电荷,分子电矩 p=ql
在静电场中平衡时: 1.内部电场强度不为零;2.电介质表面出现极化电荷
真空中的导体和电介质
P
pi
ΔV
P0eE
01
02
实验证
电 考 真空和P 偶 虑 中电c的介o 导质sS 极 一 P,体ln矩 电 pi, 0介 S 极 2质 l, 化 P 斜 0 . 极度定面 化:义V 圆 和 强:p 2i 电 柱 S 0 ,c荷 L So 体 明 各 性 介l0 : 向 质的 s密 在 同 中电co s度
此式对其它情况仍然适 用
D
义:电位移矢量D可, 得:D Dd0ESP S
q0
此既电介质中的高斯定理:通过电场中任意闭合曲面的电位移通量, 等于该闭合曲面所包围的自由电荷的代数和。
仿照电场线,用电位移线来描述电位移在空间的分布。但两者有 区别: 电场线起始于正电荷,终止于负电荷(包括极化电荷) 电位移线只起始于自由正电荷,终止于自由负电荷
在国际单位制中,D 的单位是: 库/米2(C/m2)
对各向同性电介质,因
所以 P0 eE
D 0EP 0 ( 1 ) E
式中 ε = ε0εr 叫电介质的介电常数, εr 称电介质的相对介电常数。
引入D,避免了求极化电荷的复杂问题,可使有电介质存在时解题简化。 只要有电介质,均应先求D 再求E 等。
E E0 E E0 与E 方 向 相 反 :
E
P
E0 // n
E
0 0
0
P cos
P
n
P
e 0E
E
E0
- E
10.4
E0 -
电介
质中0 静电E场0的-基本e
E

静电场中的导体和电解质

静电场中的导体和电解质

Q + + + + ++ + + + + E= 0 S+ + + + + + + + ++
Q q + + + +++ + +-q + + - E= 0 S + 结论: 电荷分布在导体外表面, 导体 + q + + 内部和内表面没净电荷. + - - + + + + ++ 腔内有电荷q: E 0 q 0

i
结论: 电荷分布在导体内外两个表面,内表面感应电荷为-q. 外表面感应电荷为Q+q.
NIZQ
第 5页
大学物理学 静电场中的导体和电介质
结论: 在静电平衡下,导体所带的电荷只能分布在导体的 表面,导体内部没有净电荷. • 静电屏蔽 一个接地的空腔导体可以隔离内 外电场的影响. 1. 空腔导体, 腔内没有电荷 空腔导体起到屏蔽外电场的作用. 2. 空腔导体,腔内存在电荷 接地的空腔导 体可以屏蔽内、 外电场的影响.
NIZQ
第 3页
大学物理学 静电场中的导体和电介质
• 静电平衡时导体中的电场特性
E内 0
场强:
ΔVab
b
a
E dl 0
• 导体内部场强处处为零 E内 0 • 表面场强垂直于导体表面 E表面 // dS
• 导体为一等势体 V 常量 • 导体表面是一个等势面
S
0 E P dS qi

静电场中的导体与电介质

静电场中的导体与电介质

§2 静电场中的导体和电介质§2-1 静电场中的导体1. 导体的静电平衡条件当电荷静止不动时,电场散布不随转变,该体系就达到了静电平衡。

在导体中存在自由电荷,它们在电场的作用下可以移动,从而改变电荷的散布……导体内自由电荷无宏观运动的状态。

导体的静电平衡的必要条件是其体内图2-1导体的静电平衡场强处处为零。

从静电平衡的条件动身可以取得以下几点推论:推论1)导体是等位体,导体表面是等位面:2)导体表面周围的场强处处与它的表面垂直:因为电力线处处与等位面正交,所以导体外的场强必与它的表面垂直。

(注意:本章所用的方式与第一章不同,而是假定这种平衡以达图2-2导体对等位面的控制作用到,以平衡条件动身结合静电场的普遍规律分析问题。

)2.电荷散布1) 体内无电荷,电荷只散布在导体的表面上:当带电导体处于静电平衡时,导体内部不存在净电荷(即电荷的体密度)电荷仅散布在导体的表面。

可以用高斯定理来证明:设导体内有净电荷,则可在导体内部作一闭合的曲面,将包围起来,依静电条件知S面上处处, 即由高斯定理必有q=02) 面电荷密度与场强的关系:当导体静电平衡时,导体表面周围空间的 与该处导体表面的面电荷密度 有如下关系:论证: 在电荷面密度为 的点取面元设 点为导体表面之外周围空间的点,面元。

充分小,可以为 上的面电荷密度 是均匀的,以为横截面作扁圆柱形高斯面(S ),上底面过P 点,把电荷q= 包围起来. 通太高斯面的电通量是:3) 表面曲率的影响、尖端放电导体电荷如何散布,定量分析研究较复杂,这不仅与这个导体的形状有关,还和它周围有何种带电体有关。

对孤立导体,电荷的散布有以下定性的规律:图2-3导体表面场强与电荷面密度曲率较大的地方(凸出而尖锐处),电荷密度e 较大;曲率较小的地方(较平坦处)电荷密度e 较小;曲率为负的地方(凹进去向)电荷密度e 更小。

1) 端放电的利和弊3 导体壳(腔内无带电体情况)大体性质:当导体壳内无带电体时,在静电平衡当导体壳内无 带电体时,在静电平衡下:导体壳内表面上处处无电荷,电荷仅散布在外 表面;空腔内无带电场,空腔内电位处处相等。

静电场中电介质(共10张PPT)

静电场中电介质(共10张PPT)

自由电荷Q0和介质均呈球对称分
O--
-q
= 讨论: (1) 平板电容器(±Q)中充有均匀介质( r ),求 D与 的关系;
(1)电介质内正负电荷处于束缚状态, 在外电场作用下,束缚电荷只作微观的相对位移
H 自由电荷Q0和介质均呈球对+称分
布, 故 也为球对称分布
+
H+
+q
H O 布, 故 也为球对称分布
2、有极分子的取向极化
有极分子在外场中发生偏转而 产生的极化称为取向极化。
F
- + Eo
+
F
- p Eo
第六页,共10页。
三、静电场中的电介质
小结: (1)电介质极化现象∶在外电场作用下,介质表面 产生极化(束缚)电荷的现象。 (2)不论是有极分子还是无极分子的极化,微观 机理虽然不相同,但在宏观上表现相同。
在外电场的作用下,介质表面产生电荷的2现象称为电介质的极化。
(3)电介质内的电场强度。
(2)、无极分子: + + + + +
-----------
分子的正、负电荷中心在无外场时重

与各种因素均有关
合。不存在固有分子电偶极矩。 在外电场的作用下,介质表面产生电荷的现象称为电介质的极化。
+++++++++++
静电场中电介质
第一页,共10页。
电介质对电场的影响
B
+ + + + +
在平板电容器之间插 入一块介质板
E0
-- ---
实验发现:

2.3 静电场中的导体与电介质

2.3  静电场中的导体与电介质

被积函数 代入原式
r r r r r r P(r ') ∇′ ⋅ P(r ')) 1 P(r ') ⋅∇′ = ∇′ ⋅ − R R R
r r r r P (r ') r 1 ∇′ ⋅ P (r ') ϕ p (r ) = ∇′ ⋅ dV ′ − ∫ dV ′ ∫V ′ V′ 4π ε0 R R
+
+++ +
+
+ + +
感应电荷
CQU
+ + + +
+ + + +
+ + + +
v E0
CQU
v E0
v E=0
v' E
+ + + + + + + +
v E0
v v v' E = E0 + E = 0
导体内电场强度 外电场强度 感应电荷电场强度
CQU
静电平衡条件: 静电平衡条件 (1)导体内部任何一点处的电场强度为零; )导体内部任何一点处的电场强度为零; 都与导体表面垂直; (2)导体表面处的电场强度的方向 都与导体表面垂直 )导体表面处的电场强度的方向,都与导体表面垂直 (3)导体为一等位体,导体表面为等位面; )导体为一等位体,导体表面为等位面; (4)电荷(或感应电荷)分布在导体表面上,形成面电荷 )电荷(或感应电荷)分布在导体表面上,形成面电荷. 导体表面是等势面
2.3 静电场中的导体与电介质
CQU
导体与介质放在电场中会发生什么现象? 导体与介质放在电场中会发生什么现象? 导体:静电感应; 介质:极化现象。 导体:静电感应; 介质:极化现象。

第章静电场中的导体和电介质PPT课件

第章静电场中的导体和电介质PPT课件

q2
EA
1 2 o
2 2 o
3 2 o
4 2 o
0
EB
1 2 O
2 2 O
3 2 o
4 2 o
0
1
23
4
由电荷守恒:
1S 2 S q1
A
B
3S 4S q2
1
4
q1 q2 2S
2
3
q1 q2 2S
20
1
4
q1 q2 2S
q1
2
3
q1 q2 2S
1
2
上述结果表明:平板相背的两面带电等
R3 R2
R3
RR11
qq1 1
RR33
问题:电势表
达式能直接写
R2 R1
q1
4 or
2
dr
R3
(q q1 )
4 or 2
dr
出来吗?
q1
4 o
1 R1
1 R2
q q1
4 o R3
V1 V2
同理,球壳的电势为:
V2
E dl
R3
R3
(q
4
q1 ) or 2
dr
q q1
2.内屏蔽
+
+
壳外表面上的电荷分布与腔内带电体的位置无关,只 取于导体外表面的形状。
若将空腔接地,则空腔外表面上的感应电荷被大地电荷 中和,腔外电场消失,腔内电荷不会对空腔外产生影响。即 接地空腔对内部电场起到了屏蔽作用,这是静电屏蔽的另外 一种——内屏蔽。
高压设备用金属导体壳接地做保护。 14
五、利用静电平衡条件和性质作定量计算
例1:半径为R和r的球形导体(R>r),用很长的细导线连 接起来,使两球带电Q、q,求两球表面的电荷面密度。

静电场中的导体与电介质习题课.ppt

静电场中的导体与电介质习题课.ppt

S2
代入上面式子,可求得:
E1
1
r1 0
E2 2 r20
1 S2 E1
- S1 2 E2
D2
D、E 方向均向右。
D1
A d1
d2
B
静电场中的导体和介质习题课
(2)正负两极板A、B的电势差为:
U A U B E1d1 E2d2
d1
1
d2
2
q S
d1
1
d2
2
按电容的定义式:C
q UA UB
d1
S
d2
1 2
上面结果可推广到多层介质的情况。
静电场中的导体和介质习题课
【例题】平行板电容器的极板是边长为 a的正方形,间
距为 d,两板带电±Q。如图所示,把厚度为d、相对介
电常量为εr的电介质板插入一半。试求电介质板所受
电场力的大小及方向。
解:选取坐标系
OX,如图所示。 当介质极插入x 距离时,电容器 的电容为
功等于电容器储能的增量,有
F
W (x) x
( r 20a[a
1)Q2d
(r 1)x]2
静电场中的导体和介质习题课
插入一半时,x=a/2 ,则
F( a ) 2( r 1)Q2d 2 0a3 ( r 1)2
F(a/2)的方向沿图中X轴的正方向。
注释:由结果可知,εr>1,电场力F是指向电容器内 部的,这是由于在电场中电介质被极化,其表面上产 生束缚电荷。在平行极电容器的边缘,由于边缘效应 ,电场是不均匀的,场强E 对电介质中正负电荷的作 用力都有一个沿板面向右的分量,因此电介质将受到 一个向右的合力,所以电介质板是被吸入的。
E E0
r

大学物理---静电场中的导体和电介质

大学物理---静电场中的导体和电介质

, E ; E
+
+ + + +
++ ++
E 0
注意 导体表面电荷分布与导体形状以及周围环境有关. 导体凸出部分的表面曲率越大处, 电荷面密度越大, 附近 电场也越强。孤立导体表面的电荷密度与曲率之间不存 在单一的函数关系。
尖端放电现象
E
带电导体尖端附近电场最强
B A
Q RB (4)电容 C 2 π 0 r l ln U RA
2 π 0 r lRA 0 r S d RB RA RA , C d d 2
en
+
+
E
d+ l
+

导体内部电势相等
U AB
AB
E dl 0
A
B

静电平衡时导体上电荷的分布
1 实心导体
E 0
2
q E dS 0
S
+
+ + + +
+
S
+
q 0
有空腔导体
空腔内无电荷
0
+
+ +
结论 导体内部无电荷
结论 电荷分布在外表面上(内表面无电荷)
空腔内有电荷
E dS 0, qi 0
S1
Qq
电荷分布在表面上
E d S 0 , q 0 i
S2
内表面上有电荷吗?
S2
q
q
S1
q内 q
结论 当空腔内有电荷 q 时,内表面因静电感应出 现等值异号的电荷 q ,外表面有感应电荷 q (电荷 守恒)
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40
电容器
41
42
球形电容器
43
柱形电容器
44
第二节
45
电容器并联
46
电容器串联
47

48
续上
49
续上
50
本次课小结 51
方法步骤概括 52
53

54

55

56
第四节
57
电场能量
58
电容器的储能
59
续上
60
电场能量
61
简要归纳
62

63

64

65
谢谢大家
荣幸这一路,与你同行
It'S An Honor To Walk With You All The Way
演讲人:XXXXXX 时 间:XX年XX月XX日

66
本次课小结 67
目的;内容概念与方法 68

面积:
总电量:
大平面
(側视)
面积:
总电量:
导体大平板
(側视)
静电平衡条件 得
电荷守恒定律 得 高斯定理
69

静电平衡条件 电荷守恒定律 联立解得 高斯定理
70

静电平衡条件 电荷守恒定律
高斯定理 联立解得
大小相等符号相反 大小相等符号相同
第十一章 静电场中导体和介质
1
本章内容、重点与难点2第一节 静电场的导体3
带电体系中无自由电荷的定向移动,从而电场 分布不随时间变化,称该带电体系处于静电平 衡(状态)。
4
5
静电平衡
6
---------
-
+ ++++++++ ++
7
静电平衡条件
8
实心导体
9
空腔无荷导体
10
空腔有荷导体
11
曲率问题
12
平衡导体近场
13
近场公式证明
14
静电屏蔽
静电感应、静电平衡、高压静电场的气体放电等效应和 原理在电力、机械、轻工、纺织、航空航天以及高技术 领域有着广泛的应用。
15
静电屏蔽
为了避免外界电场对某区域内的人或物产生影响,或者为了 避免某区域内的人或物所产生的电场对外界的影响,用一个 空腔导体把该区域与外电场隔离,使内部不受外电场影响, 也不使内部对外界产生影响,这就叫做静电屏蔽。空腔导体 不接地的屏蔽为外屏蔽,空腔导体接地的屏蔽为内屏蔽。
风筝实验:富兰克林在1752年 7月的一个雷雨天,冒着被雷 击的危险,将一个系着长长金 属导线的风筝放飞进雷雨云中, 在金属线末端拴了一串银钥匙。 当雷电发生时,富兰克林手接 近钥匙,钥匙上迸出一串电火 花。手上还有麻木感。。
美国科学家富兰克林通过分析风 筝实验发明了现代避雷针。
18
静电屏蔽
静电复印、静电印花、静电喷涂、静电植绒、静电除尘、静电 分选、净化空气等技术已在工业生产和生活中得到广泛应 用。
71

用有介质高斯定理求 分布
各区间
分布
用电势定义法求 分布,
72
结束语
当你尽了自己的最大努力时,失败也是伟大的, 所以不要放弃,坚持就是正确的。
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End
静电在淡化海水,喷洒农药、人工降雨、低温冷冻等许多方面 大显身手。
防静电金属布的应用范围日益扩大,防静电金属布的服装如职 业装、工装、防护服日见普及,床上盖的、铺的、垫的都 用上了防静电金属布。
在高技术领域的应用:①静电火箭发动机,②静电轴承,③静 电陀螺仪 ,④静电透镜
19
计算
20

21

22

23

24

25
上次课小结 26
第三节
27
电介质
28
有、无极分子
无极分子电介质:(氢、甲烷、石蜡等) 有极分子电介质:(水、有机玻璃等)
29
位移极化
30
转向极化
31
介质中的场强
32
有介质高斯定理
33
结论
34
应用
35

36

37
第二节
38
孤立导体的电容
39
续上
R = 6.37×10 6 m
16
静电屏蔽
事故:1967年7月29日,美国Forrestal航空母舰上发生严重事故, 一架A4飞机上的导弹突然点火,造成了7200万美元的损失,并损 伤了134人,调查结果是导弹屏蔽接头不合格,静电引起了点火。
17
静电屏蔽
避雷针是用来保护建筑物等避免雷击的装置。在高大建筑物 顶端安装一根金属棒,用金属线与埋在地下的一块金属板连 接起来,利用金属棒的尖端放电,使云层所带的电和地上的 电快速中和,从而不会引发事故。
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