静电感应与导体接地
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第八章 静电场中的导体和电介质§8-1 静电场中的导体一、静电感应 导体的静电平衡条件 1、静电感应2、导体静电平衡条件(1)导体的静电平衡:当导体上没有电荷作定向运动时,称这种状态为导体的静电平衡。
(2)静电平衡条件从场强角度看:①导体内任一点,场强0=E;②导体表面上任一点E与表面垂直。
从电势角度也可以把上述结论说成: ①⇒导体内各点电势相等; ②⇒导体表面为等势面。
用一句话说:静电平衡时导体为等势体。
二、静电平衡时导体上的电荷分布 1、导体内无空腔时电荷分布如图所示,导体电荷为Q ,在其内作一高斯面S ,高斯定理为:∑⎰=•内S Sq s d E 01ε 导体静电平衡时其内0=E,∴ 0=•⎰s d E S, 即0=∑内S q 。
S 面是任意的,∴导体内无净电荷存在。
结论:静电平衡时,净电荷都分布在导体外表面上。
2、导体内有空腔时电荷分布(1)腔内无其它电荷情况如图所示,导体电量为Q ,在其内作一高斯面S ,高斯定理为:∑⎰=•内S Sq s d E 01ε 静电平衡时,导体内0=E∴ 0=∑内S q ,即S 内净电荷为0,空腔内无其它电荷,静电平衡时,导体内又无净电荷∴ 空腔内表面上的净电荷为0。
但是,在空腔内表面上能否出现符号相反的电荷,等量的正负电荷?我们设想,假如有在这种可能,如图所示,在A 点附近出现+q ,B 点附近出现-q ,这样在腔内就分布始于正电荷上终于负电荷的电力线,由此可知,B A U U >,但静电平衡时,导体为等势体,即BAU U =,因此,假设不成立。
结论:静电平衡时,腔内表面无净电荷分布,净电荷都分布在外表面上,(腔内电势与导体电势相同)。
(2)空腔内有点电荷情况如图所示,导体电量为Q ,其内腔中有点 电荷+q ,在导体内作一高斯面S ,高斯定理为∑⎰=•内S Sq s d E 01ε 静电平衡时0=E, ∴ 0=∑内S q 。
又因为此时导体内部无净电荷,而腔内有电荷+q ,∴ 腔内表面必有感应电荷-q ,。
关于静电感应中若干问题的析疑一.静电感应中的空腔导体1.如果空腔导体的腔内空间无其它带电体时,则空腔内表面处处无电荷,电荷仅仅分布在空腔外表面上。
由于腔内及空腔内表面上都无电荷,故腔内的场强也为零,各点的电势都相等,且与空腔导体等电势。
如右图:2.如果空腔导体的腔内空间有一带电体+q,则空腔内表面上感应出电量为-q的电荷,而外表面上将感应出+q的电荷,空腔导体是个等势体(U>0)。
当空腔导体接地时,空腔外表面无电荷(当一带电体靠近它时,电场力不做功),内表面的场强不为零。
而当带电体与空腔内表面接触时,跟腔内无带电体情形相同(即同1、的结论)。
如右上图。
3.如果空腔导体内外都有带电体时,则空腔导体外面的带电体只会影响导体外表面上电荷的分布与导体处的场强,对导体空腔内部(包括内表面)的电荷分布、场强及电势差没有影响。
当导体外壳接地时,空腔内各点相对于地的电势也不变,这种导体空腔内的电场不受外界影响的现象就是静电屏蔽。
如右图。
二.静电感应中的电势和场强1.规定无穷远和大地的电势为零,则带正电荷的导体包括其本身和其周围空间的电势为正值;带负电荷的导体包括其本身和其周围空间的电势为负值,顺电场线的方向电势越来越低。
2.带电体和带电空腔导体内部场强为零,处于静电平衡的导体其感应电荷在导体内部产生的电场(附加电场),在导体内部任一点必与外电场大小相等,方向相反,故导体内部的合场强处处为零,但不是无电场。
电场线的疏密表场强的强弱。
导体外表面场强不为零。
如下图所示:三.静电感应中带电体的电荷分布及感应电量的变化1.均匀分布的带电球体在正对着进入其电场的导体一面其电荷密度要大,而背着的一面电荷密度较小,随着导体与带电球体越近,则带电球体正对导体一面电荷密度越大,而背着的一面电荷密度越小,但总电量不变。
如右图:2.各种形状的带电导体表面各处的电荷分布并不是均匀的,凸出部分比凹陷部分的电荷密度大,凸出部分中愈尖的地方,电荷密度越大,故尖端附近的场强也显得特别强。
静电发生器的原理
静电发生器是一种能够产生高压静电的装置,其工作原理主要基于静电感应和静电归纳两个基本原理。
1. 静电感应原理:
静电感应是指当一个带电体靠近一个导体时,导体内部的电荷会发生重新分布,使导体的一端富集同种电荷,另一端富集异种电荷。
这种现象称为静电感应。
2. 静电归纳原理:
静电归纳是指利用静电感应的作用,通过金属导体将电荷从一个地方转移到另一个地方。
具体过程是:首先将一个带电体靠近一个导体,使导体的一端富集同种电荷;然后将这一端与地面导通,使富集的同种电荷流走;最后移开带电体,导体上会留下异种电荷。
静电发生器的工作原理就是利用上述两个原理,通过不断重复静电归纳的过程,在一个高压电容器中积累大量的同种电荷,从而产生高压静电。
静电发生器的主要部件包括:
1) 带电轮:一个带有金属梳齿的旋转轮,用于通过摩擦带电。
2) 归纳杆:一根金属杆,用于进行静电归纳。
3) 高压电容器:用于储存积累的静电荷。
4) 接地装置:用于将多余电荷导走。
工作时,带电轮通过摩擦带正电荷,靠近归纳杆时,归纳杆的一端富集负电荷。
将这一端与接地装置相连,负电荷流走,移开带电轮后,归纳杆上留下正电荷。
重复这一过程,正电荷就会在高压电容器中不断积累,产生高压静电。
静电发生器广泛应用于科学实验、静电喷涂、电晕处理等领域。
静电的产生原理
静电是由于物体表面存在的正电荷和负电荷之间的电荷失衡所产生的一种现象。
它的产生可以通过以下几种方式进行解释:
1. 摩擦产生静电:当两种不同材料(如羊毛和塑料)摩擦时,会导致电子从一个物体转移到另一个物体。
例如,当橡胶梳子梳理头发时,头发会被梳子摩擦而变得带有负电荷,而梳子则带有正电荷。
2. 静电感应:当一个带有静电的物体靠近一个中性物体时,它会对中性物体施加电场影响,使得中性物体的原子中的电子发生移动,使得中性物体的一侧带有相反的电荷,而另一侧带有相同的电荷。
这种电荷分离现象会导致中性物体和带电物体之间发生吸引或排斥。
3. 静电感应导体接地:当一个带有静电的物体接触一个导体,并且这个导体与地相连接时,电荷会通过导体迅速流入地面。
这样,原本带有静电的物体就会失去一部分或全部的电荷,以实现电荷平衡。
总结起来,静电的产生是由于电荷之间的不平衡导致的,可以通过摩擦、静电感应和导体接地等方式进行产生和消除。
这种电荷失衡会引发物体之间的相互吸引或排斥现象,进而产生一系列的静电现象。
对感应起电一道习题的解析对静电感应起电,有这样一道题:当带正电导体A靠近一个绝缘导体B时,由于静电感应,B两端感应出等量异种电荷。
将B左端接地,绝缘导体B带何种电荷错误的解答:多数学生认为,由于静电感应导体B左端带负电,右端带正电。
左端接地电荷被导走,导体B带正电。
正确的解答:接地后B整个物体相当于近端,大地为远端,所以B带负电。
解答完此题后脑海闪出一个问题,导体一端接地,分离后电荷在导体上究竟是如何分布的实验验证(一)实验器材J2310感应起电机(一个)、带有金属箔片的绝缘导体A与B(一对)、绝缘球形导体C(一个)、验电器(一个)、橡胶棒(一个)、毛皮(一片)。
(二)实验过程1.使绝缘球形导体C带负电。
方法:摇动起电机,使其起电机一极与C接触。
用毛皮摩擦过的橡胶棒与验电器的小球接触,使它带上负电。
使球形导体接触验电器,发现验电器金属铂片张开的角度变大,说明球形导体代的是负电荷。
2.探究当导体一端接地时,电荷在导体的分布情况。
(1)使B端接地,观察现象。
过程:当绝缘导体A与B靠在一起,放在带负电的绝缘导体C旁边,发现AB两端箔片都张开。
用手摸一下B端,发现B端箔片合拢,A端箔片仍张开,如图1。
移开手指,发现AB两端箔片没有变化。
移去C发现A端箔片张角减小,B 端箔片张开。
分开AB,发现AB两端箔片仍张开。
用验电器检验枕形导体AB两端带的都是正电。
当用手摸A端时,以上观察结果没有变化。
分析:用手摸一下导体B端,人便把导体与大地连通,使大地参与了电荷转移。
因此,导体本身的电荷不再守恒,而是导体与大地构成的系统中电荷守恒。
由于静电感应,A端仍为正电荷,大地远处感应出等量负电荷,则B端的负电荷通过人体流走,B端不带电,即此时电荷只分布在A端。
移开手指,大地与导体分离,由于异种电荷相互吸引,正电荷仍分布在A端。
移去C后,A端电荷在AB上重新分配,使得AB都带上正电荷。
当用手摸A端时,分析相同。
图解:如图2。
静电接地设计规范1 总则1.0.1 为了防止和减少静电伤害,贯彻预防为主的方针,采取防静电措施,做到技术先进、经济合理、安全适用,特制定本规范。
1.0.2 本规范适用于存在静电危害的新建、扩建和改建工程的静电接地设计。
1.0.3 静电接地是防止静电危害的主要措施之一。
石油化工企业的防静电设计,应由工艺、配管、设备、储运、通风、电气等专业相互配合,综合考虑,并采取下列防止静电危害措施:1 改善工艺操作条件,在生产、储运过程中应尽量避免大量产生静电荷:2 防止静电积聚,设法提供静电荷消散通道,保证足够的消散时间,泄漏和导走静电荷;3 选择适用于不同环境的静电消除器械,对带电体上积聚着的静电荷进时行中和及消散;4 屏蔽或分隔屏蔽带静电的物体,同时屏蔽体应可靠接地;5 在设计工艺装置或制作设备时,应尽量避免存在高能量静电放电的条件,如在容器内避免出现细长的导电性突出物和未接地的孤立导体等;6 改善带电体周围环境条件,控制气体中可燃物的浓度,使其保持在爆炸极限以外;7 防止人体带电。
1.0.4 静电接地设计,除应符合本规范外,尚应符合国家现地有关强制性标准规范的规定。
静电接地体的接地电阻计算,应符合现行国家标准《工业与民用电力装置的接地设计规范》GBJ65-83的有关规定。
2 名词术语2.0.1 工业静电industrial static electricity静电是对观测者处于相对静止的电荷。
由它所引起的磁场效应较之电场效应可以忽略不计。
静电可由物质的接触与分离、静电感应、介质极化和带电微粒的附着等物理过程而产生。
工业静电是生产、储运过程中在物料、装置、人体、器材和构筑物上产生和积累起来的静电。
2.0.2 带电体electrified body正负电荷数量不相等,对外界显示电的特性的物体或系统。
2.0.3 带电区electrified area带电体上积聚静电的部位。
2.0.4 物质静电特征参数1 体积电阻率volume resistivity表征物体内导电性能的物理量。
防雷、防静电与接地1 防雷基础1) 雷击是一种自然现象,它能释放出巨大的能量、具有极强大的破坏能力。
雷电对人参、设备设施的主要方式有:雷击、雷电感应、雷击电磁脉冲。
防雷主要采取以下措施:传导、搭接、接地、分流、屏蔽、躲避。
2) 雷电会导致多种不同形式的危害,没有任何一种办法可以全面防止雷电的危害。
3) 直击雷:是带电云层(雷云)与建筑物构架、其它物体、大地或防雷装置之间发生的迅猛放电现象,并由此伴随而产生的电效应、热效应或机械力等一系列的破坏作用,危害建筑物、建筑物内电子设备和人。
直击雷的电压峰值通常可达几万伏甚至几百万伏,电流峰值可达几十kA乃至几百kA,其之所以破坏性很强,主要原因是雷云所蕴藏的能量在极短的时间(其持续时间通常只有几μs到几百μs)就释放出来,瞬间功率巨大的。
防御直击雷:通常都是充分利用建筑物的基础桩、梁柱等结构钢筋作为引下线和接地装置,采用避雷针、避雷带、避雷线、避雷网或金属物件作为接闪器,将雷电流接收下来,并通过作引下线的金属导体导引至埋于大地起散流作用的接地装置再泄散入地。
4) 雷电感应:指当雷云来临时地面上的一切物体,尤其是导体,由于静电感应,都聚集起大量的雷电极性相反的束缚电荷,在雷云对地或对另一雷云闪击放电后,云中的电荷就变成了自由电荷,从而产生出很高的静电电压(感应电压),其过电压幅值可达到几万到几十万伏,这种过电压往往会造成附近的户外传输信号线路、埋地电力线、设备间连接线、接地不良的金属物导体和大型的金属设备放电而引起电火花,从而引起火灾、爆炸、危及人身安全或对供电系统造成的危害。
另外,在雷电闪击时,由于雷电流的变化率大而在雷电流的通道附近就形成了一个很强的感应电磁场,对建筑物内的电子设备造成干扰、破坏,又或者使周围的金属构件产生感应电流,从而产生大量的热而引起火灾。
感应雷虽然没有直接雷猛烈,但其发生的几率比直击雷高得多。
阻止感应雷的有效手段是屏蔽,将建筑物屋顶、墙体中的钢筋以及金属门窗、引入建筑物、构筑物的金属管道等通通连起来,达到一定的网格距就可以防御雷电感应。
电场中的导体静电感应和静电平衡电场中的导体教学目的:1、知道静电感应现象,并能用于解释有关的问题;2、知道导体的静电平衡状态及处于平衡状态中的导体电场强度、电荷、电势等物理量分布的基本特点;3、利用演示实验,帮助学生正确理解静电学习题的物理情景,克服“静电学抽象难懂”的心理;4、总结静电平衡问题的特点,培养学生提高综合运用已学知识,分析、解决相关问题的能力。
教学重点:处于静电平衡状态的导体的特点教学难点:静电感应现象中导体的电场、电荷分布教学方法:以实验、讨论为基础的启发式教学法教学仪器:投影仪,范格拉夫起电机,验电器,空心导体球,带绝缘架的金属导体。
教学过程:一、组织教学二、引入新课【习题1】原来静止的自由电荷在电场力的作用下,总由高的地方向低的地方移动。
讨论:该填入“电场强度”、“电势”还是“电势能”,【习题2】如果在匀强电场中同时放进带正电的点电荷和带负电的点电荷,正电荷将电场线移动,负电荷将电场线移动;我们知道,在金属导体中,具有大量的自由电子和金属正离子。
【问题】如果我们把一块导体放进一个电场中,会有什么情况发生呢,【板书课题】电场中的导体三、新课教学【演示实验1】把验电器的验电球靠近施感电荷,可见验电器的指针张开。
98963844.doc - 1 -【讨论】为什么验电器尚未与电荷接触,验电羽就已经张开,【结论】把金属导体放进电场中,结果会使导体的电荷重新分布,在导体的两端分别出现等量的正负电荷,这种现象叫静电感应。
【板书】静电感应【讨论】发生静电感应时(1)导体中的自由电子将如何移动,(2)出现的感应电荷会激发电场吗,(3)满足什么条件,电荷的定向移动才会停下来,(4)这时导体的电势和电场强度都有哪些特点,’ ’【结论】发生静电感应的正负电荷形成一个附加电场 E,当E,E时,附加电场与0外电场完全抵消,自由电子的定向移动完全停下,这时导体处于静电平衡状态。
, EEE0 0 0 EE,0 内甲乙丙【板书】静电平衡【板书】处于静电平衡状态的导体的基本特点:(1) 导体内部的场强处处为零;(2) 导体内部没有净电荷(净电荷只能全部分布在导体的表面上); (3) 导体是一个等势体(表面是一个等势面);(4) 导体表面附近的电场线跟导体表面垂直,导体内部没有电场线;四、例题与练习,10【习题】一金属球A放在距一带电量为,4.5×10C的点电荷0.3m处(如图)求金98963844.doc - 2 -属球A达到静电平衡用户,感应电荷在A球球心处产生的场强的大小和方向。
1 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A B ϕϕ>;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0A B ϕϕϕ∞>>=。
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,说甲乙 图1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。
1.2. 1带电体A 位于球壳的内部如图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、外表面分别带上等量负感应电荷和正感应电荷,电场线的分布如图2-甲。
这里外辐射电场线在球壳内部的间断,即是0E 内=的佐证。
在这种全封闭的情况下,内、外表面感应电荷的电量相等,而且由于内外表面感应电荷在壳外任意一点处对场强的贡献作用的抵消,使壳外任意一点处的电场强度、电势与球壳不存在时完全一样。
另外,带电休A 不是位于球心,则球壳内表面的电荷分布将是不均匀的,而外的电荷分布仍均匀,这是由于在壳层内部不存在电场时,球壳外表面同一种上感应电荷的相斥作用,使它们彼此尽量远离的缘故。
现在如果将球壳外表面接地,则壳内的一切将不会发生变化,但球壳外表面的正感应电荷将被 大地中的自由电子所中和,使壳外电场不复存在,球壳与大地共同构成了电势为零的等势体。
(乙)图2对于球壳内的a 点、壳层中b 点和壳外的c 点,依据图中电场线的方向及疏密程度确定的场强及电势间的关系,在接地前是E E 0a c b E >>=,0a b c ϕϕϕ>>>;在接地后是0ab c E E E '''>==,0a b c ϕϕϕ'''>==。
1.2.2带电体位于球外部.这种情况类似于带电体附近的枕形导体。
若A 带正电,则未接地时球壳近端的远端分别感应出等量的负电荷和正电荷(如图3-甲),接地后远端的正电荷被中和(如图3-乙),与枕形导体不同的是,此时利用球壳开关的中心对称关系,还能得出定量的结果。
设点电荷Q 距球心的距离为r ,则施感电荷在球心处产生的场强2kQ r 向左,感应电荷在球心处产生的场强2kQ r向右;施感电荷在球心处产生的电势kQr,即为接地前导体球壳的电势(由于正负感应电荷数量相同,到球心的距离也相等,因此它们在球心处产生电势标量和为零),此电势高于大地电势。
在接地后由于远端正电荷被中和,壳上只存在近端负电荷,这些负电荷在球心处产生的场强大小仍为2kQr向右,但球心处的电势却为零。
由此可知,这此负电荷在球心处产生的电势为kQ r -,负感应电荷伯总量等于RQ r-(R 为球壳的半径),此时接地后负感应电荷对球面上的场强与电势的贡献,可以等效为一种比较简单的结果。
为此我们设想将导体一球移走,用球内一假想电荷q '来代替球面上感应电荷,这时通过轴对称关系可知,这个假想中的点电荷必定位于AO 连线上。
现取q '位于B 处,它到球心的距离为b ,根据对AO 连线上与球面直径两交点P 1、P 2处电势为零的条件可写出:(甲)(乙)图3P 图400kQkq r R R b kQ kq r R R b '⎧+=⎪⎪++⎨'⎪+=⎪--⎩由此解得:2R q Q rRb r⎧'=-⎪⎪⎨⎪=⎪⎩ 当然此时该结果是否具有一般性,还须通过球面上任意一点P 3来验证:因为2R b r=实,际代表着△OBP 3与△OP 3A 相似,于是从33BP R AP r =得:3333/0/kq kQ R r kQ kQBP AP R r AP AP '-+=⋅+= 这就证实了P 3处的电势确实为零,我们最初的设想合理。
如果再过P 3作圆的切线将图4中的E 施和E 感分另沿切线方向和法线方向分解,则由()233233sin AP AP BP BP sin A r rR A R θ+⋅=⋅=可给出()2233sin sin A R A AP r BP θ+=⋅,即场强E 施和E 感的切向分量()23sin kQA AP θ⋅+和()23/sin k R r Q A BP ⋅大小相等,说明它们的矢量和必定沿半径3P O 指向圆心,这就验证了静电平衡时,导体表面的电场线与导体表面垂直的关系,且此时对合场强的计算,仍可用三角形相似关系求解。
由于在3P 处33AB /E BP E r BP 2合施r-R ==,所以22222333kQAP r R r R E E r BP r BP --⋅⋅⋅⋅合施==。
再由33BP R r AP =可得:()22223222322cos r R kQ r R kQE R AP RrR rR θ--⋅=⋅+-合=这就是用r 、R 及θ表示球面上任意一点处的场强大小的公式。
特别是当θ=1800时有()12r R E kQ R r R -=⋅+;当θ=00=时有()2r RE kQ R r R +=⋅-;它们分别与施感电荷Q 及假想电荷q '(即把球面上全部感应电荷集中在B 点的Rq Q r'=-)在P 1及P 2处场强反向叠加的结果一致。
1。
.3平行板电容器接地两完全相同的金属板A 、B ,开始时A 带正电Q ,B 不带电,现用绝缘手柄将A 移至距B 板d 处,如图5。
对在将B 与大地相连的电键S 闭合前后,两板带电情况及板间场强、电势差的变化过程分析如下:在电键闭合前达到静电平衡时,B 板上、下表面分别带等量负电荷和正电荷,为给出这时两板上的电荷分布情况,可在A 板内部取点M ,此时的M E 就是上述四面上均匀分布的电荷在该点产生的电场(都是匀强电场)的叠加,且各场强方向都沿垂直极板的方向。
因B 板上、下表面等量异号电荷在M 点产生的合场强为零,所以必然是A 板上、下表面施感电荷在该点产生的合场强也为零,这就要求A 板的电荷量在上、下两面均匀分布以满足条件0M E =的要求,因此A 板的上、下表面是各带2Q+的电荷量。
与此相应的则是B 板上表面带2Q-(理想平行电容间的电场线,只能全部从带正电的极板指向带负电的极板)下表面带2Q +,两板间的场强2u Q E d cd ==,电势差2QU c=。
继续讨论电键闭合后的情况,这时由大地提供的自由电子已经全部中和了B 板下表面的正电荷,使B 板只带负电荷。
这些净电荷分布在B 板的上表面,B 板内部N 点场强中的B E 上就是由它们产生的。
而B E 下则必定由A 板的施感电荷所产生。
由于施感电荷的总电量为+Q ,因此B E 0合=就意味着B 板上表面感应电荷总量为-Q ,再应用A 板内部合场强为零的条件便可确认A 板正施感电荷全部分布在A 板的下表面(否则A E 合肯定不为零,其方向向下)。
U E Q d cd''==,电势差QU c '=。
与电键断开时的情况相比,场强和板间电势差均增为原来的2倍,这个表示B 板上表面感应电荷在接地后倍增的量化结果,可以是间接地验证了前面两问题中关于枕形AB图5+Q/2(甲)N B 下(乙)图6导体和金属球壳近端感应电荷的总量在接地后有所增加的猜想。
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