静电屏蔽

2005.2 北京大学物理学院王稼军编写 静电屏蔽  在静电平衡状态下 不论导体壳本 身是否带电， 还是外界是否 存在电场 , 腔 内和导体壳上 都无电场 不论导体壳本身 是否带电，还是 外界是否存在电 场,都不影响腔内 的场强分布 起到了保 护所包围 区域的作 用，使其 不受导体 壳外表面 上电荷分 布以及外 界电场的 作用—— 静电屏蔽 空腔提供了一个静电屏蔽的条件 若外壳接地，内、 外均无影响 内外 内外  ←  → 有影响 无影响 2005.2 北京大学物理学院王稼军编写 讨论：  静电屏蔽是由导体静电平衡条件决定  由于电荷有正、负 —— 静电屏蔽  静电屏蔽应用：屏蔽室、高压带电操作等  要透彻理解“静电屏蔽”问题要用到静电 场边值问题的唯一性定理。  思考：引力能否屏蔽？ 2005.2 北京大学物理学院王稼军编写 2005.2 北京大学物理学院王稼军编写 2005.2 北京大学物理学院王稼军编写 电容和电容器  孤立导体的电容  孤立导体：空间只有一个导体，在其附近没有其它导 体和带电体  物理意义：使导体每升高单位电势所需的电量  定义 导体储能能力 与q、U无关 关与导体的形状、介质有        = U qC ）（）（，： 沙法微法法拉 FF V CF µµµ 126 1010 1 11 ===单位 2005.2 北京大学物理学院王稼军编写 电容器  导体附近有其它导体存在， 则导体的电势不仅与它本身 所带的电量有关，而且还与 其它导体的形状和相对位置 有关。  孤立导体球电容器 qUU BA ∝− BA UU qC − = R U QC R QU 0 0 4, 4 πε πε === 2005.2 北京大学物理学院王稼军编写  平行板电容器  板的线度>>板间距离——两块带等量异号电 荷的无限大平面板（忽略边缘效应） S qddldEUE eABe 000 , εε σ ε σ ==⋅== ∫ d S UU qC BA 0ε= − =  同心球形电容器 AB BA BA AB BA RR RRC RR RRqUU − = − =− 0 0 4, 4 πε πε 2005.2 北京大学物理学院王稼军编写  同轴柱形电容器 A BB AAB R R l qdr r U ln 22 00 ∫ == πεπε λ A BAB R R l U qC ln 2 0πε==  分布电容 任何导体间均存在电容，如导线之间、人体 与仪器之间——分布电容,一般分布电容很小， 可以忽略  尽管电容器与q、U无关，但实际上，电容器对 加在两极上的电压仍有限制，原因是因为过高 电压下，电容器两极间的介质有可能被击穿。  电容器指标：电容值；耐压 2005.2 北京大学物理学院王稼军编写 电容器储能  电容器的能量是如 何储存起来的？  电容器极板上的电 荷是一点一点聚集 起来的，聚集过程 中，外力克服电场 力做功 ——电容 器体系静电能。 一极板上电子 （拉出 e为正） 另一极板上 （得电子为 负） 电源做功 消耗化学能 2005.2 北京大学物理学院王稼军编写 设电容器的电容为C，某一瞬时极板带电量绝对值 为q(t)，则该瞬时两极板间电压为  此时在继续将电量为-dq的电子从正极板—>负 极板，电源作多少功？ C tqtu )()( = dqtuUUdq UUdqdWdAdA e )()( )(' =−= −−==−= −+ +− C Qdq C tqdqtuW QQ e 2 00 2 1)()( === ∫∫ 静 电 能 电量 0——>Q 2005.2 北京大学物理学院王稼军编写 电容器储能公式的推广 孤立导体 QUCU C QWe 2 1 2 1 2 1 22 ===∴ ∫∫∑∑ == iS e i i n i iie dSUUQW σ2 1 2 1 一组导体1、2、…、n 第i个电荷的 电量 第i个电荷 的电势 Q=CU 静电屏蔽 讨论： 幻灯片编号 3 幻灯片编号 4 电容和电容器 电容器 幻灯片编号 7 电容器储能 设电容器的电容为C，某一瞬时极板带电量绝对值为q(t)，则该瞬时两极板间电压为 电容器储能公式的推广