介質(zhì)靜電場ppt課件-展示頁
2025-01-23 06:11本頁面
【正文】 35 靜電場能量 電場能量密度 2 本章導(dǎo)讀 研究對象 : 仍然是靜電場，場量仍然是： 基本性質(zhì)方程 討論靜電場對導(dǎo)體和電介質(zhì)的作用以及后者對前者的影響 UE、?0??? ?? iiSqSdE?? 0???LldE ??論述的根據(jù)是靜電場的 基本規(guī)律 和導(dǎo)體與電介質(zhì)的 電結(jié)構(gòu) 特征 。 導(dǎo)體靜電平衡的條件 導(dǎo)體內(nèi)部和表面均無自由電荷的定向移動， —— 導(dǎo)體處于 靜電平衡狀態(tài) 。 證：在導(dǎo)體上任取兩點 a和 b 導(dǎo)體等勢是導(dǎo)體體內(nèi)電場強度處處為零的必然結(jié)果 靜電平衡條件的另一種表述 abl?d 導(dǎo)體的電勢 5 金屬球放入前電場為一均勻場 金屬球放入后電力線發(fā)生彎曲電場為一非均勻場 E?E?金屬導(dǎo)體放入均勻場前 0?內(nèi)E6 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。 0?內(nèi)EdV7 導(dǎo)體表面電荷 ),( zyx?),( zyxE 表?? ?S SdE ??? ??? ?????dSSdSSdESdE ???? 表dSE 表?0?? dS?0???表E設(shè)導(dǎo)體表面電荷面密度為 相應(yīng)的電場強度為 設(shè) P 是導(dǎo)體外 緊靠 導(dǎo)體表面的一點 nE ?0???表?寫作 ：外法線方向 n?Ps?dS8 opP ?? 1??點：?P 1?2?+ + + + + + + + A 例 一無限大均勻帶電平面（面、密度為 σ2 ）， 其附近一導(dǎo)體處于靜電平衡，導(dǎo)體上一面積元 （面電荷密度為 σ1 ）附近一點 P,求 P點的 E. 9 孤立帶電導(dǎo)體表面電荷分布 尖端放電 孤立帶電導(dǎo)體球 孤立導(dǎo)體 c??一般情況較復(fù)雜； 孤立的帶電導(dǎo)體，電荷分布的實驗定性： 在表面凸出的尖銳部分 (曲率是正值且較大 )電荷面密度較大， 在比較平坦部分 (曲率較小 )電荷面密度較小， 在表面凹進部分帶電面密度最小。 熒光質(zhì) 導(dǎo)電膜 + 高壓 eH接真空泵或充氦氣設(shè)備 金屬尖端 接地 11 FIM image of pure Al at 7kV and 15K Oxford大學(xué)的幾個圖片 FIM image of W containing two grain boundaries 歷史上首次能看到原子的顯微鏡是場離子顯微鏡（ FIM），它是米勒（ Erwin W. M 252。 只能探測在半徑小于 100nm的針尖上的原子結(jié)構(gòu)和二維幾何性質(zhì)，且制樣技術(shù)復(fù)雜。 證明 : 與等勢矛盾 0???S sdE ?? 0??i iq在導(dǎo)體殼內(nèi)緊貼內(nèi)表面作高斯面 S 高斯定理 0?內(nèi)表面Q若內(nèi)表面有一部分是正電荷 一部分是負(fù)電荷 則會從正電荷向負(fù)電荷發(fā)電力線 證明了上述兩個結(jié)論。 腔體內(nèi)表面所帶的電量和腔內(nèi)帶電體所帶的電量等量異號， 電量分布 qQ ??腔內(nèi)表面?q用高斯定理可證 腔內(nèi)的電場 1)與電量 q有關(guān)； 2)與腔內(nèi)帶電體、幾何因素、介質(zhì)有關(guān)。 14 靜電屏蔽 [E感生 +EQ ]外表面以內(nèi)空間 = 0 當(dāng) Q大小或位置改變時 ，q?(感應(yīng)電荷 ) 將自動調(diào)整 ， 保證上述關(guān)系成立 。 如圖 ， 空腔內(nèi)表面電荷均勻分布 (q在球心 )， Q的變化 ，不會影響內(nèi)表面電荷分布 。 ? Q + + + q? 腔內(nèi)帶電體位置的移動，不影響腔外電場 ,但 q大小變化時，將影響腔外電場。 + + + + q q? 這種使導(dǎo)體空腔內(nèi)的電場不受外界影響或利用接地的空腔導(dǎo)體將腔內(nèi)帶電體對外界影響隔絕的現(xiàn)象 ， 稱為靜電屏蔽。 求 :導(dǎo)體上感應(yīng)電荷的電量。 ?P21 ?? ??022202010??? ???????? 211 ?? ?? 212 ?解 :設(shè)金屬板面電荷密度為 ?1和 ?2 1?由對稱性和電量守恒 導(dǎo)體體內(nèi)任一點 P場強為零 x02??012??022??2?20 求 :1)球 A和殼 B的電量分布 , 2)球 A和殼 B的電勢 UA、 UB 。 殼 B有兩個表面，電量可能分布在內(nèi)、外兩個表面。 例：金屬球 A與金屬球殼 B 同心放置 ，已知球 A半徑為 R0，帶電為 q；金屬殼 B 內(nèi)外半徑分別為 R1， R2，帶電為 Q。 ABqQ0R2R1R21 球 A均勻分布著電量 q 殼 B上電量的分布： 由高斯定理和電量守恒 相當(dāng)于一個均勻帶電的球面 在 B內(nèi)緊貼內(nèi)表面作高斯面 S 0???S sdE ??高斯定理 0??i iq qQ B ??內(nèi)電荷守恒定律 q B ??外ABq0R2R1RSq?qQ?22 202200 444 RqQRqRqUA ???????????204 RqQUB ????等效 :在真空中三個均勻帶電的球面 利用疊加原理 2)球 A和殼 B 的電勢 UA、 UB 。 132 電介質(zhì)的極化 電極化強度 一、 電極化 在外電場作用下，電介質(zhì)表面出現(xiàn)凈電荷從而產(chǎn)生附加電場的現(xiàn)象稱為電介質(zhì)的極化 24 有極分子 +– lqp?? ?下圖是一些無極分子（氦、甲烷）和有極分子（氯化氫、水）的示意圖 + – 無極分子 二、 電極化的微觀機理 25 無外場時： 有極分子 0???VP?有電場時 EPM ??? ??極性 (有極 )分子介質(zhì) 取向 極化 0???VP?26 無外場時： 無極分子 0???VP?非極性 (無極 )分子介質(zhì) 位移 極化 0??? VP?有電場時 27 0E??– ?– ?– ?– ?– ?– ?– ?– ?–
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