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产生匀强电场的两极板如何静电平衡?

来源:学生作业帮 编辑:搜狗做题网作业帮 分类:物理作业 时间:2024/08/05 21:32:09
产生匀强电场的两极板如何静电平衡?
平板电容两极板上带等量异种电荷 可产生匀强电场 这两块板是怎么做到静电平衡的 电荷怎么分布?
产生匀强电场的两极板如何静电平衡?
1°电容器的带电问题:电容器一般是利用直流电源充放电,在充放电短暂的过程中电路中存在电流I(虽然它是变化的),由q=It,电容器正负极板必定带上等量异号电荷.
2°电场是有电荷产生的,均匀分布的电荷产生匀强电场,一般平板电容器极板上的电荷是均匀分布的,但你可以想到由于同性电荷相斥的原因,在极板的边缘电荷分布会密集一些(想象一下尖端放电,或者看一下平板电容器的电场分布示意图).事实上平板电容器上的电荷在静电平衡后分布在它们各自的表面(四个表面).
3°静电平衡是在电场的作用下建立起来的.我们知道电荷在电场中会受到电场力的作用,正电荷向电场方向移动,负电荷向反方向移动.由于金属中原子的价电子是可以自由移动的,这些电子中的一部分(非常多,10^19个/立方厘米)在电场的作用下向金属表面运动进而建立起平衡.在这里需要用到电磁学里的一个物理原理:导体处于静电平衡时其内部电场处处为零.
平板电容器极板表面电荷分布的数值关系推导请参考一下电磁学相关书籍,这里我就不推了.总之带正电的极板两个面都是带正电,负极板也一样,但内侧电荷分布要多一些.
再问: 倘若这样 那电极板的外侧不就也有电场了吗 而事实上这样的电场是不存在的
再答: 外边没有电场。因为外边的电场也是几个极板合起来产生的,它们的合场强为零。
再问: 原来如此。可若两面都带电 那么接地后 不就会有大量电荷移向大地了吗?(形成大导体) 可事实上,接地后 接地一端电势为零 而匀强电场场强无变化啊。另外 如果一个导体本身带电 那么在一个外电场的作用下电荷会怎么分布?
再答: 可若两面都带电 那么接地后 不就会有大量电荷移向大地了吗?(形成大导体)平板电容器接地后只有接地的那一面的电荷流向大地,因为大地是一个大导体,而静电平衡时导体分布在导体表面,所以接地的那一面极板上的电荷会流向大地,而另外一面的电荷不会流向大地,因为另一极板上的异性电荷还在,产生的电场还在,这些电荷会留在原来的地方(或许会少一点)。可事实上,接地后 接地一端电势为零 而匀强电场场强无变化啊。另外 如果一个导体本身带电 那么在一个外电场的作用下电荷会怎么分布?电势零点是自由选取的,与场强没有必然联系,场强很强的地方电势可以为零,场强为零的地方电势可以不为零,因为电势的高低是相对的。由于另外一个极板的电荷分布没有变,依然是均匀电场。另外 如果一个导体本身带电 那么在一个外电场的作用下电荷会怎么分布?依然是利用导体静电平衡时内部电场为零这一点来判断,在外电场的作用下,导体内部自由电子逆着电场方向运动,最终的结果是导体本身在内部产生的电场恰好与外电场抵消(大小相等,方向相反)。如下图所示:左边是导体带正电的情况,右边是导体带负电的情况,两种情形都要求导体内部合场强为零。
再问: 如果按图所示 那为什么“正电的极板两个面都是带正电,负极板也一样” 对于一个极板来说 它都处于另一个极板产生的电场中 那么就应该会有正电荷也有负电荷才对啊》?
再答: ╮(╯▽╰)╭,你不想给分就算了吧,就在那胡扯,你完全没有理解啊。
再问: 不是给分的问题 你没有回答啊 1° 电极板在外电场作用下(另一块电极板)没有出现负电荷来造内电场 为什么就能达到静电平衡 照你上面的说法 应该是近端异种电荷 远端同种电荷 以使得内部场强为零。 2°接地后 如果按照你的说法 那么电板外端的电荷就会流向大导体的外端(也就是大地)况且要与大地构成等势体 肯定有电荷流动 有电荷移动为什么电场会无变化 场强会无变化呢?
再答: 昨晚回去想了一下,又看了一下书。你的疑问是有道理的。我有两个地方描述错了。 1°理想(就是平板无限大,电荷均匀分布)的平板电容器静电平衡后只有内侧带电,正负电荷数相等。但现实中的平板电容器的电荷分布是两个极板的两侧都带电,且是同种电荷。 2°静电平衡时电荷不再流动,导体内部场强为零。 第一个错误是平板电容器其中一极板接地后电荷的分布。可以先认为接地那一极板上的电荷全部流失掉,但因为另一极板上的电荷量没有变化,于是在静电感应的作用下建立起新的平衡,至于电荷具体如何分布就不知道了,但有一点肯定的就是接地的那一侧是没有电荷的。 第二个错误是图有点问题。或许可以这样来考虑:假设这个处于电场中的导体不带电,那么在电场的作用下建立起静电平衡,于是近端是负电荷,远端是正电荷。在这个的基础上我们再让导体带电,因为它已经处于平衡状态了,那么现在加上去的电荷只要像没有电场时那样分布就可以了。如果导体带负电,那么近端肯定是负电荷,而远端可能是正电荷,也可能是负电荷。如果导体带正电,那么远端是正电荷,而近端可能是正电荷,也可能是正电荷。 我觉得这个平衡和电容器那个还是有点区别的,因为平板电容器的电场是由大家共同决定的,而这种情况外电场是一定的。 只能理解到这步,尽力了,呵呵。