等势体

更新时间:2023-12-24 19:56

导体中各点的电势相等,则该导体为等势体。处于静电平衡状态的导体为等势体。

等势体与非等势体

不带电的导体放于电场中时,其内部电子将会在电场力的作用下逆着电场方向发生移动.使得导体的两端带有异种电荷,这种导体内的电子在外电场作用下重新分布的现象叫做静电感应,当导体中(包括表面)没有电荷的定向移动时,我们说此时导体达到了静电平衡状态。静电平衡后的导体就是最典型的等势体。

静电感应最终使导体处于静电平衡状态而成为一个等势体虽然导体的两端出现等量的正负电荷, 但用导线将两端连接, 导线中并无电流(等势体)。但如果用导线将存在电势差的两个处于静电平衡状态的导体连接, 不论连接处电荷的符号如何, 一定有瞬时电流从高电势导体流向低电势导(非等势体)。

练习一: 不带电的枕形导体S和T从左到右排列在一条直线上, 如图1所示。把一个带负电的小球R放在S的左, 由于静电感应, 枕形导体两端分别出现感应电荷, 若带电小球和枕形导体的相对位置保持不变,则

A.用导线连接a、c两端时, 导线上始终无电流

B.用导线连接、ad两端时, 导线上有瞬时电流从a流到d

C.用导线连接b、c 两端时, 导线上有瞬时电流从c。流到b

D.用导线连接b、d两端时, 导线上有瞬时电流从db

析与解:分析时应注意以下几点

(1)处于静电平衡袄态的导体是一个等势体,因此对导体S、T有

(2)在带负电小球所形成的电场中, 越靠近小球的地方电势越低, 因此有

(3) 电流从电势高处流向电势低处, ·电流方向并不取决于S、T各端感应电荷的符号。

(4)当用导线将S、T连接后, 随着电荷的定向移动, 两者间的电势差逐渐减小, 最终成为等势体,因此导线中只可能存在瞬时电流。

从以上分析可以看出,用导线将导体S(或T)上任意两点连接, 导线上均无电流。若用导线将导体上任意一点与导体T上任意一点连接时, 都有瞬时电流从导体T流向导体S可知本题正确选项为C、D。、

等势体的应用

等势体指各点电势相等的物体由此可知:

(1)导线(电阻为零)是等势体.

(2)没有电流的导体(可有电阻)是等势体。

(3)等势点之间可等效于用导线连通。

练习二:导体B置于正点电荷O的电场中,此时B的电势为.用手摸住导体不放,此时B的电势为,再松开手,并将Q移走。此时B的电势为试比较 ,的大小.

解析:4、。>中 > (是导体处于正电荷电场中的电势,是正值,是导体接地时的电势为零.是导体带负电荷时的电势是负值。)

有限长带电直导线的并非等势体

实际上,通过实验便可验证有限长带电直导线的电荷是否均匀分布,文献中利用有限差分法求解有限长直导体棒拉普拉斯方程定解问题,对有限长导体棒电荷面密度进行了数值模拟,结果表明有限长带电直导线电荷的分布不均匀,且边缘电荷较多而中心电荷较少。

直接计算有限长均匀带电直导线上的电势分布函数是十分困难的,本文用简单的方法证明如果有限长带电直导线上的电荷均匀分布,则带电直导线上的电势必然逐点变化,由此证明有限长均匀带电直导体不符合导体静电平衡时必为等势体的基本特征,从而证明了有限长均匀带电直导线的电荷不可能均匀分布。用计算机作图的方法可以直观的看到有限长带电均匀直导线电荷分布产生的电势分布。对于电荷均匀分布带电线,其空间电势分布函数为右图是均匀带电导线,其等势面为旋转椭圆球面。

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