第9章導(dǎo)體和電介質(zhì)中的靜電場(chǎng)

1、1第九章第九章第九章導(dǎo)體和電介質(zhì)中的靜電場(chǎng)導(dǎo)體和電介質(zhì)中的靜電場(chǎng)導(dǎo)體和電介質(zhì)中的靜電場(chǎng)引言：一、導(dǎo)體、電介質(zhì)、半導(dǎo)體導(dǎo)體：導(dǎo)電性能很好的材料；例如：各種金屬、電解質(zhì)溶液。電介質(zhì)（絕緣體）：導(dǎo)電性能很差的材料；例如：云母、膠木等。半導(dǎo)體:導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的材料；二、本章內(nèi)容簡(jiǎn)介三、本章重點(diǎn)和難點(diǎn)1.重點(diǎn)（1）導(dǎo)體的靜電平衡性質(zhì)；（2）空腔導(dǎo)體及靜電屏蔽；（3）電容、電容器；2.難點(diǎn)導(dǎo)體靜電平衡下電場(chǎng)強(qiáng)度矢量、電勢(shì)和電荷分布的計(jì)

2、算；第一節(jié)靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體一、靜電感應(yīng)靜電平衡1.靜電感應(yīng)（1）金屬導(dǎo)體的電結(jié)構(gòu)從微觀角度來(lái)看，金屬導(dǎo)體是由帶正電的晶格點(diǎn)陣和自由電子構(gòu)成，晶格不動(dòng)，相當(dāng)于骨架，而自由電子可自由運(yùn)動(dòng)，充滿整個(gè)導(dǎo)體，是公有化的。例如：金屬銅中的自由電子密度為：??328108???mnCu。當(dāng)沒(méi)有外電場(chǎng)時(shí)，導(dǎo)體中的正負(fù)電荷等量均勻分布，宏觀上呈電中性。（2）靜電感應(yīng)當(dāng)導(dǎo)體處于外電場(chǎng)E0中時(shí)，電子受力后作定向運(yùn)動(dòng)，引起導(dǎo)體中電荷的重新分布。結(jié)果在導(dǎo)體一側(cè)因電

3、子的堆積而出現(xiàn)負(fù)電荷，在另一側(cè)因相對(duì)缺少負(fù)電荷而出現(xiàn)正電荷。這就是靜電感應(yīng)現(xiàn)象，出現(xiàn)的電荷叫感應(yīng)電荷。2.靜電平衡不管導(dǎo)體原來(lái)是否帶電和有無(wú)外電場(chǎng)的作用，導(dǎo)體內(nèi)部和表面都沒(méi)有電荷的宏觀定向運(yùn)動(dòng)的3仍然滿足nEP??0?????。（3）靜電平衡下的孤立導(dǎo)體，其表面某處面電荷密度σ與該表面曲率有關(guān)，曲率越大的地方，電荷密度σ也越大，Rσ1?。（4）尖端放電對(duì)于有尖端的帶電導(dǎo)體，尖端處電荷面密度大，則導(dǎo)體表面鄰近處場(chǎng)強(qiáng)也特別大。當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)超過(guò)空氣

4、的擊穿場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生空氣被電離的放電現(xiàn)象，稱為尖端放電。例91（書P89）。第二節(jié)空腔導(dǎo)體內(nèi)外的靜電場(chǎng)一、空腔導(dǎo)體內(nèi)外的靜電場(chǎng)1、空腔導(dǎo)體內(nèi)部無(wú)帶電體無(wú)論空腔導(dǎo)體是否帶電、是否處于外電場(chǎng)中，空腔導(dǎo)體都具有下列性質(zhì)：（1）空腔內(nèi)部及導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度處處為零，它們形成等電勢(shì)區(qū)。（2）空腔內(nèi)表面不帶任何電荷。上述性質(zhì)可用高斯定律證明。下面說(shuō)明性質(zhì)②。在導(dǎo)體內(nèi)做一高斯面，根據(jù)靜電平衡，導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零，所以導(dǎo)體內(nèi)表面電荷的代數(shù)和為零。如內(nèi)

5、表面某處面電荷密度σ0則必有另一處σ0，兩者之間就必有電力線相連，就有電勢(shì)差存在，這與導(dǎo)體內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)為零相矛盾。所以導(dǎo)體內(nèi)表面處處?e=0。這些結(jié)論不受腔外電場(chǎng)的影響，腔外電場(chǎng)與腔外表面電荷在腔內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)總貢獻(xiàn)為零。2、腔內(nèi)有帶電體（1）導(dǎo)體中場(chǎng)強(qiáng)為零。（2）空腔內(nèi)部的電場(chǎng)決定于腔內(nèi)帶電體，空腔外的電場(chǎng)決定于空腔外表面的電荷分布。（3）空腔的內(nèi)表面所帶電荷與腔內(nèi)帶電體所帶電荷等量異號(hào)。（4）導(dǎo)體接地，則空腔內(nèi)帶電體的電荷變化將不再影響導(dǎo)體外的電

6、場(chǎng)。證明：（弄清感應(yīng)電荷的數(shù)量。）二、靜電屏蔽electrostaticshielding如圖，在空腔導(dǎo)體外，還有一帶負(fù)電的帶電體B，由于靜電感應(yīng)，空腔導(dǎo)體外表面上的電荷及帶電體B上的電荷將重新分布。靜電平衡時(shí)：（1）B使外表面上電荷重新分布；（2）內(nèi)表面、腔內(nèi)帶電體的電荷分布不變；（3）導(dǎo)體空腔部分的電場(chǎng)等于零；（4）導(dǎo)體接地，腔內(nèi)電場(chǎng)不影響腔外，腔內(nèi)各點(diǎn)相對(duì)地的電勢(shì)不再變化?？傊?，空腔導(dǎo)體（無(wú)論接地與否）將使腔內(nèi)空間不受外電場(chǎng)的影響