静电感应与导体接地.doc

静电感应与导体接地
将导体置于带电体附近,在导体表面的不同位置将会出现正、负感应电荷,当这种静电感应发生并达到静电平衡时,由于感应电荷在导体内部任意一点处产生的电场抵消了此处施感电荷的电场,便给出了内部场强为零,整个导体是等势体的结论。导体接地可以说是一种导体与大地共同发生的静电感应现象,在接地前后导体表面电荷的数量及分布情况发生了变化,将影响其附近电场线及等势面的地域分布,从而使周围空间各点的场强和电势发生改变。
1。.1枕形导体的接地
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A
B
Q
甲
+
A
B
Q
乙
图1
将原来不带电的枕珙导体B置于带电荷量+Q的带电体A附近,在B的远端和近端将分别感应出等量正负电荷。(图1-甲)画出了此时电场线的分布情况,在导体B近端由于负电荷报吸收的电场线只能来自施感电荷,因此;而从B远端出发的电场线既然不可能被其近端的负电荷所吸收(这就与B为等势体的说法矛盾),便只能终止于无穷远处,所以是。另外,由A出发的电场线只能部分被B吸收还表明枕形导体两端感应电荷量,均小于施感电荷量Q。
现在如果将导体B接地,在远端接地时自然是由大地提供的自由电子中和远端的正电荷;而对于近端接地,一种说法认定被中和掉的将是近端的负电荷(理由是大地中的自由电子因被B左端负感应电荷所斥,无法实现与正电荷中和),然而非如此。可以设想,若近端负感应电荷被中和,在施感电荷和远端感应电荷均带正电条件下,它们在导体内部的电势标量叠加,怎么可能得到导体电势与大地零电势相等的结果呢?因此这里被中和掉的同样还应是远端的正电荷。这是由于接地前的导体B作为等势体,其电势高于在地的零电势,且无论哪一端接地,在接地前其与大地零电势不等和情况是一样的。因此接地过程必然是由大地提供的自由电子在电场力作用下,向电势较高导体B运动,以中和B远端的正电荷,而且只要B远端沿尚存在末被中和的正电荷,此处就会继续发出终止于无穷远处的电场线,说明其电势仍高于大地,这将继续吸引在地中的自由电子向B运动,直到导体B中的正电荷被全部中和掉为止。
当然在实际分析这一问题时,是要考虑其近端负电荷对在地中自由电子的排斥作用的,但此时施感电荷对大地中的自由电子吸引作用更不容忽视。其实,正是由于近端负感应电荷在数量及影响上均小于施感电荷,在施感电荷的库仑引力起主要作用的情况下,才能将大地中自由电子不断地吸引上来,使近端的负电荷的积累数量大于远端正电荷,这就破坏了导体B接地前的静电平衡。另外,接地前是左负右正感应电荷产生的合场强,抵消了施感电荷在导体内部(例如中点)产生的方向向右的电场,而接地后仅由左端的负感应电荷产生电场,就足以抵消施感电荷在此处产生的大小、方向不变的电场,这是否表明此过程中大地同时还提供了较多的自由电子,使接地后左端的负感应电荷的数量也比接地前有所增加呢?这个问题有待证实。
1。.2金属球壳的接地
球壳接地问题,可分为带电体开始位于其内部及外部两种情况。
1带电体A位于球壳的内部
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(乙)
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(甲)
图2
a
b
c
A
B
A
B
a
b
C
如图2,将带正电的带电体A置于原来不带电的空心球壳B的中心,由于静电感应,将使B的内、外表面分别带上