西門子紫色DP電纜代理商

時間：2023-04-18

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靜電平衡與靜電平衡條件

當帶電系統(tǒng)的電荷分布狀態(tài)穩(wěn)定不變，從而其電場分布也不隨時間變化時，我們稱該帶電系統(tǒng)達到了靜電平衡.

如2.1節(jié)所述，導體是體內存在著大量自由電荷或載流子的物體.如果導體內存在電場(不管這電場是導體上的電荷產生的還是外電場)，導體內的自由電荷、定會在電場作用下發(fā)生移動，從而改變導體上的電荷分布，電荷分布的改變反過來又會影響和改變電場的分布.因此，在有導體存在時，導體上的電荷分布與電場的空間分布將相互影響、相互制約，不是所有的電荷和電場分布都能使導體達到靜電平衡的.

現在，我們通過一個具體事例來討論導體上的電荷分布與電場分布之間的相互影響.把一個原本不帶電的導體放入均勻外電場E。中如圖2.1(a)所示，由于導體內存在電場E，導體內的自由電荷將沿電場移動，使得在導體右側出現正電荷，左側出現負電荷如圖2.1(b)所示.導體上出現電荷后，這些電荷產生電場E，E’與E。的方向相反，只要E'不能完全抵消E。，則在電場E=E十E'的作用下，導體內的自由電荷繼續(xù)移動，使E’增大.當E’大到導體內的電場場強E=E E=0時，導體內自由電荷的移動停止，這時候導體上的電荷分布不再變化，同時電場的空間分布也不再隨時間發(fā)生變化，導體就達到了靜電平衡.導體從放入外電場中處于非靜電平衡到達到靜電平衡的這個過程，實際上是較迅速的，大約只需10～9 s 的時間.導體達到靜電平衡時的電場空間分布情況如圖2.1(c)所示.由此可以看出，導體要達到靜電平衡，必須滿足一定的靜電平衡條件.

均勻導體的靜電平衡條件是導體內場強處處為零.這里所說的“均勻”導體，指導體的質料均勻，溫度均勻.

由靜電平衡條件出發(fā)，很容易推得有靜電平衡導體存在的電場，電場分布必須遵守如下規(guī)則：

(1)導體是一個等勢體，導體表面是一個等勢面.

(2)靠近導體表面外側處的電場場強處處與表垂直.

這兩條電場分布應遵守的規(guī)則的證明很簡單.因為靜電平衡條件要求導體內(包括表面)處處E=0，所以，導體內和表面上任意兩點P和Q之間的電勢差即導體內和表面上任意兩點的電勢相等(Up=Ua)，所以導體為等勢體，表面為等勢面.由于場強與等勢垂直，而導體表面為等勢面，故導體外靠近其表面處的場強與表面處處相垂直.

由于導體表面必為等勢面，所以有導體時，導體外的場強分布必受導體表面形狀的控制與調整，以保證導體表面為等勢面.下面將要證明的一性定理較表明：若干帶電導體產生的電場，完全由這些導體的幾體形狀、相對位置以及它們的電勢或電量所一確定.因此可以說，導體對電場的分布能夠起到調整和控制作用.在生產實踐和科學實驗中，常常需要一定場強分布的電場，試圖通過電荷分布來產生這種電場是很困難的，因為電荷分布不易調整和控制.通常的辦法是制作一些一定幾何形狀的導體，并按一定的相對位置放置，然后給它們加上適當的電勢，來產生所需要的電場.由于導體的配置和其上的電勢可以人為地安排和控制，這樣就可以得到我們所需要的各種電場.

如圖2.2所示，一個導體平面電極K(電勢為120V)，在它放置一個*帶有圓孔的導體平面電極G(電勢為30V)的導體帶電系統(tǒng).這個帶電系統(tǒng)產生的電場分布情況在圖2.2中用等勢面分布表示了出來.在圓孔處，等勢面向右側凸起，從而使電場線在孔附近不再是平行線，而是具有垂直于中心線(軸)向外輻射的場強分量E，，設想從K電極中心**出一束電子，當它們經過圓孔后，電場的E，分量就使電子受到向交軸集中的電場力，結果會使電子束在點F會聚起來.這個帶孔導體板對電子束的作用，就好像凸透鏡對光束的作用一樣，可以達到聚焦的目的.這種方法叫靜電聚焦，帶孔導體板G叫做靜電透鏡.在示波器、電視機顯像管中，為使電子束會聚在熒光屏上形成清晰的光點，都需要這種電子束聚焦裝置.

圖2.2 靜電透鏡體內

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