電學:靜電現象及導體與絕緣體

2020-12-05 蝸牛談原理

一、靜電現象

1.概念

①.靜電感應

把金屬導體放在外電場E中,導體內的自由電子由於受電場力作用而重新分布的現象叫作靜電感應。

②.靜電平衡

靜電平衡發生靜電感應的導體在自由電子定向移動停止時的狀態稱為靜電平衡狀態。

摩擦起電

③.靜電屏蔽

a.外屏蔽:一個不接地的空腔導體可以屏蔽外電場。

b.全屏蔽:一個接地的空腔導體可以同時屏蔽內、外電場。

2.導體處於靜止平衡時的特徵

①.導體內部場強處處為零,沒有電場線(疊加後的);

②.整個導體是個等勢體,導體表面是個等勢面;

電感線疏密能很好的描述電場強弱

③.導體外表面處場強方向必跟該點的表面垂直,表面場強不一定為零;

④.對孤立導體,靜電荷分布在外表面,且表面曲率(1R)越大,電荷密度越大,電場越強。

3.靜電的應用、危害及防止

①.應用:靜電除塵、靜電噴塗、靜電複印等。

②.危害:靜電吸引造成危害,火花放電引起火災。

③.防止方法:把靜電荷導走中和、防止靜電荷積累。

二、導體與絕緣體

絕緣體是不易導電的物體。

1.概念

①.導體

a.定義:容易導電的物體叫導體。

b.導體容易導電的原因:導體內存在著大量可以自由移動的電荷。在金屬導體內部存在著大量的自由電荷——自由電子;在酸、鹼、鹽的水溶液中存在著大量的自由電荷——正、負離子。

②.絕緣體

a.定義:不容易導電的物體叫作絕緣體(也叫電介質)。

b.絕緣體不容易導電的原因:在絕緣體內部能自由移動的電荷很少或幾乎沒有。

③.半導體

電導體是當下最重要的電子原件

定義:導電性能介於導體和絕緣體之間的物體叫作半導體。鍺、矽、砷化鎵等都是半導體。a.性能半導體的電阻比導體的電阻大得多,但又比絕緣體的電阻小得多。

b.半導體有許多特殊的電學性能,因而在電子技術和無線電技術中有廣泛的應用。

c.半導體的導電性能隨雜質的含量和外界條件改變而發生顯著的變化。例如:有的半導體受熱或受光照時,電阻大大減小,導電性能顯著增強。

④.超導體

超導體

a.定義:當溫度降低到絕對零度附近時,有些材料的電阻會突然減小到零,這種現象叫超導現象。處於這種狀態的物質叫超導體。

b.超導現象:超導現象是1911年荷蘭科學家昂尼斯測定水銀在低溫下的電阻時發現的,當溫度降低到4.2K(-269℃)時,水銀的電阻突然消失,也就是電阻變為零。

c.主導臨界溫度:物質的電阻變為零時的溫度叫作這種物質的超導轉變溫度或超導臨界溫度,用Tc表示。物質溫度低於Tc時具有超導性,高於Tc時失去超導性。

2.導體與絕緣體的關係

實驗證明,導體和絕緣體沒有絕對的界限,在一定條件下,絕緣體和導體可以相互轉化。例如:通常情況下,玻璃是相當好的絕緣體,當加熱玻璃,使它達到熾熱狀態時,它就會變成導體,當其溫度降到正常時,玻璃又變成了絕緣體。

3.導體與絕緣體的對比

①.導體:容易導電,因為有大量的自由電荷;常用材料有金屬、人體、大地、石墨、酸、鹼、鹽的水溶液等;用途於輸電線等。

②.絕緣體:不容易導電,因為電荷幾乎都被束縛在原子的範圍內;常用材料有玻璃、橡膠、陶瓷、塑料、油等;用途於電器外殼等。

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