静电场与电容器

产生静电的原因一般是由于物体的相互摩擦和带电 体的相互感应。在中学物理课中我们学习了摩擦起 电，如用丝绸和玻璃棒摩擦可使玻璃棒中的电子转 移到丝绸上，使玻璃棒带正电；在工程中使用的静 电是用静电发生器产生的，它将低电压通过电子电 路升压到20kV～30kV，在它的两个电极上提供静电 场。 3.1.2 静电场和电场强度 1．静电场 由实验可知，两个带有电荷的物体之间有力的作用。 其受力方向根据所带电荷的极性不同，为同极性相 斥；异极性相吸。
a)处于正电场中的空腔 b) 处于负电场中的空腔 图3-3电场中的空腔导体
（2）空腔内有带电体 如图3-4a所示，腔内有带电体。根据导体的静电平衡条件， 在空腔的内表面和外表面上产生感应电荷，使空腔的内、外 表面之间的导体部分的电场强度为零。这样，空腔外表面产 生感应电荷，这将影响腔外的电场分布。 如果将空腔的外表面接地，则由腔内的带电体在腔外产生的 感应电荷流入地内，使空腔外金属表面的电位为零，这样， 腔内的带电体对腔外无任何影响，如图3-4b所示。
图3-2电场中的导体
由静电平衡条件可知，在电场中的导体，电荷分布在导体的 两端，导体内部的电场强度为零。这里必须注意：导体内部 的电场，是由一切电荷（包括外部的电荷和导体内部的电荷 的总和）产生的总电场。 2.静电中的空腔导体 （1）空腔外存在电场 由金属组成的空心物体，称为空腔。如果有一空腔导体处于 外电场中，根据导体的静电平衡条件，空腔内的电场强度为 零，即导体内不受外电场的影响。腔外电场强度无论大小怎 样变化，腔内的电场始终为零，如图3-3所示。这样，导体空 腔就“保护”了他所包围的区域，使之不受外表面的电荷和 外电场的影响。这一原理是电工电子技术中电场屏蔽的理论 基础。
图3-1 是用电力线表示的电场方向，每点电力线的方 向就是该点电场强度的方向。
a)正电荷电场方向
b) 负电荷电场方向 图3-1 电场方向
c) 匀强电场方向
3.1.3静电场中的导体 当将不带电的导体（金属）放入电场中，导体中的自由电荷 在电场力的作用下，要进行重新分布。当导体中的电荷形成 的电场与外电场达到新的平衡时，导体中的电荷才停止移动。 1. 导体的静电平衡条件 当将不带电的（导体中的正负电荷中和，不显电性）导体放 入由正电荷激发的电场E0中，如图3-2所示。导体在外电场的 作用下，负电荷受引力向左移动；正电荷受斥力向右移动。 由于导体的两端产生了电荷的堆积，在导体内形成一新的附 加电场E/，此电场和外电场方向相反，如图中所示。导体内 的总电场E=E0 —E/ ，当内电场和外电场大小相等时，E0 =E / ， 在导体内的总电场E = 0，导体中的电荷停止移动，即达到静 电平衡。导体中的总电场E = 0称为电场中导体的静电平衡条 件。
产品的品质下降；雷电（静电放电）这一自然现象每年仅在 通信系统及设备上造成的经济损失就以亿计；计算机、各种 精密电子仪器为了防止静电等的干扰，则必须采取屏蔽措 施……。为了合理应用静电并对静电进行防护，我们应掌握 一些静电的基本知识。
3.1.1 什么是静电
带有电荷的物体称为带电，如果物体所带电荷相对静止，称 物体带有静电。 在自然界中，各种物质都是由原子组成的，原子是由原子核 （原子核带正电）和核外电子（电子带负电）组成。自然界 中存在两种电荷：正电荷和负电荷，且同种电荷互相排斥， 异种电荷互相吸引。正电荷用符号“+”表示；负电荷用符 号“－”表示。物体带电的多少用电荷量表示，电荷量的单 位为C（库仑），一个电子所带的电荷量为1.6×10-19C。
2．电场强度 在带电体（带有电荷的物体）的周围存在着电场，电场对其 它带电体有力的作用。为了衡量电场的强弱，引入了电场强 度的概念，其定义为：在电场中的任一点，实验电荷所受电 场力F 与电荷量Q 之比，称为该点的电场强度，用E 表示，其 数学表达式为
F E Q
（3-1）
式中，F 的单位是N （牛顿），Q 的单位是C （库仑）， E 的单位是N/C（牛/库）。电场强度是矢量，其方向与正 电荷在该点所受力的方向相同。
项目二 静电场与 电容
项目二 静电场与电容
知识目标： 1.理解什么是静电，静电的应用与及其危害的防止； 2.掌握电容器的工作原理，理解电容器是动态元件、储能元 件； 3.会用电容器的串联和并联得到合适容量的电容； 4.了解电容器的工程应用 技能目标： 会使用指针式万用表判断电容器的好坏，会根据需要正确选 用电容器
a) 外表面不接地 b) 外表面接地 图3-4腔内带电体
3．静电屏蔽
在电子、电器设备中，为了使其不受外电场的干扰或不对外产 生干扰，要采取静电屏蔽措施。根据空腔屏蔽原理，将需要被 屏蔽的器件、设备等放在金属壳或金属网中，可得到很好的屏 蔽作用。
2.1 静电与静电场
电荷在导体中的定向流动形成电流，当电荷不流动时，我们 称为静电。目前，静电在人们的生产、生活中的应用越来越 多。如静电复印机、静电打印机、静电除尘器等；根据静电 感应原理制成的电子器件，如静电感应晶闸管、晶体管等； 静电技术还广泛应用于纺织、印染、塑胶、印刷、胶片处理、 静电喷涂、造纸等行业。静电的科学应用给人们带来了很多 方便，但静电的危害、静电给人们造成的经济损失也在逐年 增加。如静电可引起电子设备的故障或误动作，造成是磁干 扰；静电可击穿集成电路或精密电子元器件，降低产品的成 品率；高压静电放电造成电击，危及人身安全；静电在粉尘、 易燃易爆、油雾等场所易引起爆炸和火灾；在精密生产场所， 由于静电吸附灰尘，使
我们用手推桌子，通过手和桌子直接接触，把力作 用到桌子上；马拉车时，通过绳子和车直接接触， 将力作用到车上。这些都是通过直接接触进行力的 传递。 两个带电物体没有直接接触，力是靠什么传递的呢？ 在带电体的周围存在一种看不见、摸不着的物质场， 这种物质场可传递两个带电物体之间的相互作用力， 我们称这种物质场为电场。电场是由电荷激发的， 有电荷就有电场，电场和电荷同生同灭。电荷量大， 激发的电场就强；电荷量小，激发的电场就弱。由 静电荷激发的电场称为静电场。