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導(dǎo)體電介質(zhì)ppt課件(2)(已修改)

2025-01-26 15:32 本頁面
 

【正文】 靜電場中的 導(dǎo)體及電介質(zhì) conductor 存在大量的可自由移動的帶電粒子,在外電場作用下能傳導(dǎo)電流。 semiconductor 在外電場作用下的導(dǎo)電性能介于上述兩者之間。 也稱 電介質(zhì) dielectric 原子核和電子間的引力很大,電子處于束縛態(tài) 。在外電場作用下,幾乎不導(dǎo)電。 導(dǎo)體 絕緣體 通常的金屬稱為一類導(dǎo)體,它們是以金屬鍵結(jié)合的晶體 ,處于晶格結(jié)點(diǎn)上的原子核很容易失去外層電子 ,成為正離子 .脫離原子核的價電子 ,可在整個金屬中自由移動 ,稱為 自由電子 . 將導(dǎo)體放入電場中 ,由于場對導(dǎo)體中電荷的作用 ,使電荷重新分布 ,從而也改變了原先的場分布 . 金屬導(dǎo)體、電介質(zhì)及場間的相互影響及相互作用 同樣 ,將電介質(zhì)放入電場 ,場對電介質(zhì)中電荷發(fā)生作用 ,也要引起 電荷重新分布 ,相應(yīng)的 ,需求解新的場分布 . 本章即研究導(dǎo)體、電介質(zhì)與場的相互作用及影響。 待解決問題 : 1)場中物質(zhì)電結(jié)構(gòu)如何改變?最后結(jié)構(gòu)? 2)穩(wěn)定后場變化如何?最終的場怎樣確定? 靜電場中的導(dǎo)體 一、靜電感應(yīng)與靜電平衡 靜電感應(yīng) —— 在靜電場力作用下,導(dǎo)體 中電荷重新分布的現(xiàn)象。 在靜電感應(yīng)現(xiàn)象中在導(dǎo)體上出現(xiàn)的電荷 , 稱為感應(yīng)電荷 . + + + + + + + + + 1 靜電感應(yīng) 靜電平衡條件 感應(yīng)電荷 導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程 無外電場時 (電中性 ) + + + + + + + + + + 導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程 加上外電場后 E 外 導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程 加上外電場后 E 外 + + + 導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程 加上外電場后 E 外 + + + + + 導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程 加上外電場后 E 外 + + + + + + 導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程 加上外電場后 E 外 + + + + + + + 導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程 加上外電場后 E 外 + + + + + + + + 導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程 加上外電場后 E 外 + + + + + + + + + 導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程 加上外電場后 + E 外 + + + + + + + + + E E 外 E 感 + = = 內(nèi) 0 導(dǎo)體達(dá)到靜 電 平衡 + + + + + + + + + + E 外 E 感 金屬球放入前電場為一均勻場 E 金屬球放入后電力線發(fā)生彎曲 電場為一非均勻場 + + + + + + + E 用場強(qiáng)來描寫: 1. 導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)處處為零; 2. 表面場強(qiáng)垂直于導(dǎo)體表面 。 靜電平衡 —— 導(dǎo)體中電荷的宏觀定向運(yùn)動 終止,電荷分布不隨時間改變。 靜電平衡條件: 用電勢來描寫: 1. 導(dǎo)體為一等勢體; 2. 導(dǎo)體表面是一個等勢面。 + + + + + + 導(dǎo)體是等勢體 ne?τe?靜電平衡條件 ( 1)導(dǎo)體內(nèi)部任何一點(diǎn)處的電場強(qiáng)度為零; ( 2)導(dǎo)體表面處的電場強(qiáng)度的方向 ,都與導(dǎo)體表面垂直 . E?l?d? 導(dǎo)體表面是等勢面 0d ?????? lEU ??? 導(dǎo)體內(nèi)部電勢相等 0d ??? ?ABABlEU ??lE ??? d?AB 1. 實(shí)心導(dǎo)體 電荷分布在導(dǎo)體表面,導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)處處為零。 靜電平衡時導(dǎo)體上的電荷分布 由導(dǎo)體的靜電平衡條件和靜電場的基本性質(zhì),可以得出導(dǎo)體上的電荷分布。 ? ?E d SS? ?? 0q dVii V? ?? ?? 0? ? 0證明:在導(dǎo)體內(nèi)任取體積元 由高斯定理 ?體積元任取 證畢 0?內(nèi)EdV導(dǎo)體帶電只能在表面! 導(dǎo)體體內(nèi)處處不帶電 : 0d ??? ? lEU ABAB ??若內(nèi)表面帶電 所以內(nèi)表面 不 帶電 S+ + A B 結(jié)論 電荷分布在外表面上(內(nèi)表面無電荷) + + + + + + + + + + 矛盾 0d ?? ?? iSqSE ,??導(dǎo)體是等勢體 0d ??? ? lEU ABAB ??2 空腔導(dǎo)體 空腔內(nèi)無電荷 q? 空腔內(nèi)有電荷 q?2S00d1??? ?? iSqSE ,??qq ??內(nèi)qQ ?1S電荷分布在表面上 內(nèi)表面上有電荷嗎? 00d2??? ?? iSqSE ,?? 結(jié)論 當(dāng)空腔內(nèi)有電荷 時 ,內(nèi)表面因靜電感應(yīng)出現(xiàn)等值異號的電荷 , 外表面有感應(yīng)電荷 (電荷守恒) 腔體外表面所帶的電量由電荷守恒定律決定。 q?q?q? 導(dǎo)體靜電平衡性質(zhì)的應(yīng)用 靜電屏蔽 腔內(nèi)、腔外的場互不影響 靜電屏蔽的裝置 接地導(dǎo)體殼 腔內(nèi)場 只與內(nèi)部帶電量及內(nèi)部幾何條件 及介質(zhì)有關(guān) , 對外場無影響。 腔外場 只由外部帶電量和外部幾何條件 及介質(zhì)決定,不進(jìn)入腔內(nèi)場。 + 0 E = 表 S + 0 σ ε = o E 表 σ E S 導(dǎo)體的表面場強(qiáng) E 表 = σ ε o ∮ E . d S E . d S s = 側(cè) E . d S 內(nèi) E . d S 表 + + ∫ ∫ ∫ σ S = 01?方向垂直于表面 + + + + + + + + + 注意 導(dǎo)體表面電荷分布與導(dǎo)體形狀以及周圍環(huán)境有關(guān) . 導(dǎo)體表面電荷分布 ???? EE ?? 。,0???E帶電導(dǎo)體尖端附近電場最強(qiáng) 帶電導(dǎo)體尖端附近的電場特
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