对导体接地问题的讨论

对导体接地问题的讨论

1 咨询题提出

由于现行统编教材«物理»第二册〔必修〕第15页中讲到：〝防止静电危害的差不多方法，是尽快把产生的静电导走，幸免越积越多.具体措施那么多种多样。油罐车是靠一条拖在地上的铁链把静电导走.飞机机轮上通常都装有搭地线，也有用导电橡胶做机轮轮胎的，着陆时它们可将机身的静电导入地下.〞使得许多学生在高三选修课中学习静电感应部分的知识时，一看见带电导体接地就认为导体不带电荷，这种错误是对〝接地〞的概念缺乏深入的明白得所致，因此，有必要对此作出探讨.

2 错误认识的根源分析

在对〝接地〞咨询题作出正确讲明前，探讨一下造成错误认识的根源咨询题显得专门有必要.笔者认为，缘故大体可归为两方面.其一：由于课本中前述那段文字产生的负迁阻碍.其二：教学中有的教师对如下咨询题的缘故的不确切讲明.

[例1] 有一带电荷为Q的导体A，与大地相接后不带电。缘故讲明：由于其上电荷被大地中来的异号电荷中和.

[例2] 如图1所示，导体

A邻近有一带电体B，由于静电感应在导体A的左右两侧显现

图1

感应电荷q +和q -.假如将导体A 接地，那么其上只带净电荷q -.缘故讲明：由于q +电荷被大地中来的等量负电荷中和.

带电导体接地后电荷是否确实就完全消逝了呢？看来弄清晰此咨询题是关心我们解决咨询题的关键所在.

实验证明，通常情形下，大气相关于地球表面来讲是带正电的，地球是一个带负电的导体，大地电场的方向是由空中指向地面，此电场并非线性分布.由实验测得在接近地表邻近的地点其场强m /V 130E =.依照带电导体表面邻近的场强运算式εδ=E .可算出地表的电荷面密度 29120m C 1015.11301085.8E --⨯-=⨯⨯-=ε-=δ。

因地壳是导体，静电平稳时电荷分布在地球的表面上。现取地球半径m 104.6R 6⨯=，可运算出地球带电量

C 1092.5)104.6(14.341015.1R 4Q 52692⨯-=⨯⨯⨯⨯⨯-=π⋅δ=-.

我们明白，在静电实验中，导体所带的电量与地球带电量相比是专门小的.因此，导体接地后和地球达到静电平稳时，可近似认为地球的电荷面密度并未受到阻碍.由于接地的导体和地球离得较近，自然不能将接地后的导体视为孤立导体。同时，由于接地导体和地球线度相比专门微小，因此可将接地导体视为地球的一部分，如此，导体接地后其上的电荷面密度29'm C

1015.1-⨯-=δ.假设接地导体是一个半径m 05.0r =的球形导体,那么接地后所带电量C 1061.3)05.0(14.341015.1R 4Q 11292--⨯-=⨯⨯⨯⨯-=π⋅δ=.此数量级的电

荷要想用实验仪器测出来是专门难的，从那个角度讲，可近似认为导体接地后导体上的电荷〝消逝〞了.那种将带电导体接地后电荷认为完全消逝的错误观点，要紧是把接地后的带电导体错误视为是孤立导体.应当如何正确认识带电导体接地咨询题呢？

3 对〝接地〞概念的正确认识

既然接地后的带电导体不能视为孤立导体，因此，从电荷中和的角度对接地咨询题进行讲明明显是不确切的.对前述例1、例2的合明白得释应该是：

[例1]讲明：由于带电导体A 与大地连接，那么A 与地球构成等势体，依照处于静电平稳

的导体净电荷只分布于等势体

外表面的特点，对表面有许多高

山和高大而尖锐的建筑物的地

球，电荷Q 几乎大部分分布于这些物体上，导体A 上几乎不再有电荷.

[例2]讲明：如图2所示，导体A 与地球连接后构成一等势体，在带体B 的电场作用下，导体A 右侧〔近端〕显现感应电荷q -，而在地球和导体构成的等势体左侧〔远端〕显现感应电荷q +.

综上，所谓带电导体－〝接地〞并非指导体就不带电荷了，导体〝接地〞仅仅意味着其电势为零，与大地构成一等

图2

势体.

参考文献

[1] B．J．梅森著云物理学〔中译本〕，科学出版社，1970年

[2] 金仲辉地球和大气的静电状态，物理通报，1984年第4期

[3] 庞友舜带电导体接地后电荷消逝的缘故，物理通报，1986年第11期