当前课程知识点:大学物理 > 第十章 静电场 > 10.3 静电场中的导体 > 静电感应和静电平衡
李子敬讲师
燕山大学理学院大学物理系教师
研究方向
合金非晶化转变的热力学研究
非晶合金的动力学驰豫
和力学性能的研究
同学们 大家好
我们这课学习
静电感应和静电平衡
静电平衡是一种常见的物理现象
它的应用非常广泛
好 我们首先来学习
什么叫静电感应
在外电场中放一块导体
导体中的电荷会受到电场力
在电场力的作用下
电荷将定向移动
这样在导体的不同位置
将会产生感应电荷
这种在外电场力的作用下
导体电荷重新分布的现象
称为静电感应
我们知道空间中如果存在电荷
它就会在周围激发电场
当然这里的感应电荷
也会在导体内部产生电场
我们把它称为附加电场
附加电场与外电场方向相反
在于削弱外电场
这样导体中的电场
为附加电场和外电场的矢量和
随着感应电荷的增多
附加电场越来越大
最终附加电场和外电场等大反向
导体中的总电场降为0
电荷不再定向移动
导体达到了新的平衡状态
我们把这种状态
称为静电平衡状态
当导体静电平衡时
导体内部的电荷不定向移动
所以内部场强处处为0
导体表面电荷也不定向移动
所以表面电荷受的电场力
垂直于表面
所以当地表面外侧电场强度
与表面垂直
根据场强和电势的关系
静电平衡时
导体是一个等势体
如果将一个导体球
放在匀强电场之中
我们发现在导体区的周围
外电场发生了扭曲
这是因为球外的电场
必须与导体球面处处垂直
所以放置导体球之后
外电场会发生变化
下面我们来看一下
静电平衡时
导体上的电荷分布情况
首先我们看实心导体
静电平衡时
实心导体内部场强为0
那么在导体内作一高斯面
高斯面上各点的场强为0
高斯面电通量为0
因此高斯面包围的电荷也为0
因为高斯面的大小和位置
是任意的
所以静电平衡时
导体内部没有电荷
所有电荷分布于导体的表面上
既然实心导体的电荷
只分布在表面上
那么我们将导体内
没有电荷的地方拿掉
不会改变导体上电荷分布
以及空间中电场的分布
也就是说
一个空腔导体
如果腔体内没有电荷
那么它的电荷
只能分布于外表面
并且空间中的场强
不会发生变化
那么导体外表面包围的区域
电场强度必须处处为0
这说明外电场没有进入腔体内部
那么我们在腔体内放一物体
该物体不会受到外电场的影响
这就是静电屏蔽
这种静电屏蔽应用非常多
比如电工穿的隔离服
放置电子器件用的静电屏蔽袋
电缆外部的金属网包层
这些都是静电屏蔽的应用
好 我们知道了
如果一个空腔导体它不包围电荷
电荷只分布于外表面
如果在腔体内放一电荷
那么电荷又如何分布呢
下面我们就来分析这些问题
为了让问题简单
我们假设腔体外
没有其他的带电体
我们知道导体的实心部分
在静电平衡时
电场强度为0
也就是说不可能有电场线
穿出或者穿入腔体
那么这样由电荷q
发出的电场线
将完全终止与导体的内表面
也就是说内表面必然感应出
负q的电量
如果导体腔所带的电量为大Q
那么外表面电量为大Q加小q
如果将导体腔接地
那么导体腔外表面的电荷
将会和地球上电荷完全中和掉
也就是说一个接地的空腔导体
它会把电荷q产生电场
束缚在内表面之内
这也是一种静电屏蔽
好 这节课就到这里
谢谢大家
-1.1 质点运动状态的描述
--1.1.2 讨论
-1.2 圆周运动
--自然坐标系
--1.2.2 讨论
-1.3 习题
-作业 质点运动学
-2.1 牛顿运动定律及其应用
--运动与力
--2.1.2 讨论
-2.2 习题
-作业 牛顿运动定律
-3.1 功和动能定理
--3.1.2 讨论
-3.2 势能和机械能守恒
--3.2.2 讨论
-3.3 习题
-作业 功和能
-4.1 动量定理和动量守恒定律
--4.1.2 讨论
-4.2 习题
-作业 冲量和动量
-5.1 角动量和角动量定理
--角动量
--5.1.2 讨论
-5.2 刚体的转动惯量
--刚体的转动惯量
-5.3 转动定律
-5.4 转动中的功和能
--转动中的功和能
-5.5 习题
-作业 刚体力学基础
-6.1 简谐运动
--简谐运动方程
--6.1.3 讨论
-6.2 简谐运动的合成
--简谐运动的合成
-6.3 阻尼振动 受迫振动和共振
-6.4 习题
-作业 机械振动基础
-7.1 简谐波
--简谐波的波函数
-7.2 波的干涉
--波的干涉
--7.2.2 驻波
-7.3 多普勒效应
-7.4 习题
-作业 机械波
-8.1 热力学第一定律
--热容和摩尔热容
--绝热过程
--循环效率的计算
--卡诺循环
-8.2 热力学第二定律
-作业 热力学
-9.1 压强 温度和理想气体状态方程
--理想气体的压强
--温度的统计解释
-9.2 分子热运动的统计规律
-作业 气体动理论
-10.1 电场和电场强度
--重点、难点指导
--高斯定理
--作业 电场和电场强度叠加
-10.2 电势能和电势
--重点、难点指导
--电势
--电势的计算
--电势梯度
--作业 电势和电势能
-10.3 静电场中的导体
--重点、难点指导
--尖端放电
--作业 静电场中的导体
-10.4 静电场中的电介质
--重点、难点指导
--电容 静电场能量
--作业 静电场中的电介质
-11.1 磁场和磁感应强度
--重点、难点指导
--磁场和磁感应强度
--毕奥-萨伐尔定律
--磁场中的积分定理
--作业 稳恒磁场的磁感应强度
-11.2 磁力作用
--重点、难点指导
--作业 磁力
-11.3 磁介质
--重点、难点指导
--磁场中的磁介质
--作业 磁介质
-12.1 电磁感应的基本规律
--动生电动势
--感生电场的计算
-12.2 互感、自感和磁能
--互感 自感
--磁场能量
--位移电流
-作业 电磁感应
-13.1 光的干涉
--重点、难点指导
--相干光
--杨氏双缝干涉
--讨论
--等倾干涉
--等厚干涉
--作业 光的干涉
-13.2 光的衍射
--重点、难点指导
--单缝夫琅禾费衍射
--光栅衍射
--作业 光的衍射
-13.3 光的偏振
--重点、难点指导
--光的偏振态
--马吕斯定律
--布儒斯特定律
--作业 光的偏振