静电平衡导体接地问题

地的电势是0,导体中的负电荷会全部转移到地球,但地球太大,这个对地球的影响可以忽略不计,结果就只是导体中得负电荷全部跑掉且导体的电势为0

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。

静电平衡时的电荷分布是一物体上的停止演化的电荷分布状态,在它中,电场强度在物体的每个点上都是一样的,因而物体上的电荷的总量以及分布从而满足静电平衡的条件。

静电平衡是指导体中的电荷处于稳定状态。均匀导体达到静电平衡的条件是导体内部的合场强处处为零。导体中（包括表面）没有电荷定向移动的状态叫做静电平衡状态。

由高斯定理，电场强度对曲面的矢量积分等于曲面内的电荷代数和除以介电常数所以，等效结果是场强分布为一个点电荷的场强分布，只不过在空腔处有一个分隔。

但值得注意的是静电平衡只是宏观上停止了定向移动，导体内部的电荷仍在做无规则的热运动，只是静电平衡时电荷只分布在导体表面，表面为等电势且内部电场强度是稳定为零。

由于空腔形状不规则，电荷分布不均匀；而在导体外部，由于是“均匀的球面”，各点的曲率半径相等，所以电荷均匀分布。且等于空腔内部放入的电荷的电量。在导体表面，越尖锐的地方，电荷的密度（单位面积的电荷量）越大，凹陷的位置几乎没有电荷。称为尖端放电现象。

静电平衡状态是指导体处于内部没有电荷作任何宏观运动的状态

如果导体内部的电场强度不为0的话,会有电荷受电场的作用作宏观运动,就不满足静电平衡条件,因此需要导体内部的电场强度处处为0

电场强度等于电势梯度的负值,简单说它反映电势的空间变化情况,导体内部电场强度处处为0,则说明电势没有变化,也就是说导体是一个等势体。

当导体处于外电场中，导体内的自由电子受到电场力的作用，将向着电场的反方向做定向移动，产生等量的异号电荷、感应电荷产生的电场E与外电场E0相反，阻碍导体内的自由电子的定向移动。只要E0>E，电子做定向移动，当外电场和感应电荷的电场等大反向、即合场强为零，没有电荷定向移动，达到了静电平衡状态。

静电平衡时,如果是独立带电导体,则同种电荷间的相互斥力使电荷相互间远离到最远,当然只有外表面最远了；

如果是放入电场中的导体,则导体中的自由电子在电场力作用下沿电场力方向运动到不能再运动的地方,另一端就带等量异种电荷,同样是在导体的外表面

以上是从电荷受力运动的角度来判断的,也可以这样去想：

如果导体内部还存在净电荷,则导体内部场强就不是处处为零,净电荷还受到电场力要继续作定向移动,导体还没有达到静电平衡状态,所以达到静电平衡状态的导体,净电荷只分布在外表面

区别与联系 ：

静电感应、静电平衡和静电屏蔽均属于静电现象．此三种现象涉及的对象相同，都是导体（带电与否不限）．另外，三种现象所处的物理背景亦相同，即都在外加电场中（电场均匀与否亦不限）．

静电感应描述的仅是导体中正、负电荷在外加电场作用下分离及重新分布现象．它贯穿在导体由非静电平衡到静电平衡为止的整个过程中．静电平衡乃是导体发生静电感应的最终现象，静电平衡着重描述导体中自由电荷的运动状态，它既要考虑外加电场又要考虑感应电荷激发的电场．静电平衡的讨论建立在静电感应的基础上，它最关键、最基本的一点是导体内部合场强处处为零．静电屏蔽着重研究和描述达静电平衡以后导体内外电场的互相影响问题．显然静电屏蔽现象必须建立在静电平衡基础上，而现象的本质仍涉及到静电感应，因为只有同时考虑到外加电场和导体由于静电感应而产生的感应电荷所激发的附加电场，才能深刻完整地认识静电屏蔽现象的本质．

当一带电系统（可以是一个带电导体）中的电荷静止不动，从而电场分布不随时间变化时，我们就说该带电系统达到了静电平衡．如考虑到电荷要作热运动，那我们可换一说法：导体中（包括表面）没有电荷作走向运动的状态叫做导体的静电平衡状态．导体的特点是其体内存有大量自由电子，它们在电场作用下可以移动，从而改变电荷分布；反过来，电荷分布的改变又会影响到电场分布（前节施感导体上的电荷Q之所以偏聚左端就是考虑到这种影响）．由此可见，电场中有导体存在时，电荷分布和电场的分布将互相影响、互相制约，并不是电荷和电场的任何一种分布都是静电平衡分布．必须满足一定的条件，导体才能达到静电平衡分布．

导体的静电平衡条件是导体内场强处处为零． 关于这个平衡条件，根据导体静电平衡的定义利用反证法极易论证．

上面的论述我们并未涉及导体从非静电平衡趋于静电平衡的过程．这种过程事实上是相当复杂的，但也是短促的．下面我们仅举一个例子作定性的说明．把一个原先不带电的导体放在电场 中．在导体占据的那部分空间里本来是有电场的，各处电势不相等．在电场的作用下，导体中的自由电子将发生移动，结果使导体的一端带上正电，另一端带上负电，这就是我们已熟悉的静电感应现象．然而，这样的过程会不会无休止地进行下去呢？不会的！因为当导体两端积累了正、负电荷之后，它们也会产生一个附加的电场 ， 与外加原电场 叠加的结果使导体内、外的电场重新分布．在导体内部 的方向是与外加原电场 相反的，当导体两端的正、负电荷积累到一定程度时， 的数值就会大到足以把 完全抵消．此时导体内部的总电场处处为零，导体内部的自由电荷就不再作定向运动，导体内部左、右两端的正、负电荷也不再增加，于是导体便达到所谓的静电平衡状态．

从导体静电平衡条件出发，不难推出静电平衡导体有以下几个特性：

（1）导体内部各点的电势相等，整个导体是一个等势体，导体的表面是一个等势面．

（2）导体外的场强（实际上仅指导体表面及附近处的场强）处处与它的表面垂直．

（3）导体内部各处没有净电荷（即导体内部正负电荷相等而不显电性），电荷只能分布在导体的表面（包括可能的内表面，例如在导体壳内空间有电荷存在时）．

导体处于静电平衡状态是有条件的、暂时的．当外电场变化时，导体就不能维持原来的静电平衡状态，而要使电荷在导体的表面重新分布，从而达到新的平衡．

值得注意的是，这里所讲的“导体内部场强处处为零”的静电平衡条件，实际上是有附加条件的．例如，导体的温度不均匀，一端维持在 ，另一端维持在 ，同时又处于电荷没有宏观运动状态——静电平衡，这时就要求有不为零的内部电场力，以平衡由温度差起源的非静电力．又如化学成分的不均匀使得导体内部有化学起源的非静电力，当它处于静电平衡时，内部也有静电力等．另外，在有些静电平衡状态下，电荷也可以存在导体内部．例如，处于静电平衡的两种金属相接触的交界面上就有电荷的堆积，这时导体也不是等势体．因此，可以认为上述平衡条件是对均匀（包括物理均匀和化学均匀的）导体而言的．在一般情况下，静电平衡条件应改为导体内部可移动的电荷所受的一切合力为零．

根据静电平衡知识，电场中的导体，不管是实心的还是中空的，由于静电感应而使电荷在导体的表面重新分布，当达到静电平衡后，导体内部（包括导体空腔内）任意一点的场强为零．装了金属外壳后，可以使处在金属外壳内部的任何电器设备、实验仪器不再受外电场的影响，保持静电平衡状态．壳外的带电体能使金属外壳感应带电，但电力线不能穿入壳内．

另一种情况是使带电体的电场不对外界产生影响．这可以把带电体A放在一个金属壳B内．同样，由于静电感应，在壳的内外表面分别带有等量异号的电荷，待壳达静电平衡时，壳内场强处处为零，并无净电荷．当壳外表面存在电荷时，壳外就有电场，这样还不能起到屏蔽的作用．如果我们把金属外壳接地，则壳外表面上的感应正电荷就由于接地而被中和．于是，金属壳内带电体的电场对外就不产生影响了．

综合上述两种情况可得如下结论：屏蔽壳内的物体不受外电场的影响；而接地的屏蔽壳内部的电场也不会影响外部，这种现象叫做“静电屏蔽”．

关于静电屏蔽我们还应该注意以下几点：

（1）无论导体壳内是否有电荷，壳外电荷的分布均不影响壳内的电场．但这并不是说壳外电荷不在壳内空间产生电场，而仅是壳外电荷与壳表面分布定的感应电荷在壳内空间任一点的合电场为零罢了．

（2）如果壳不接地，则壳内电荷将影响壳外电场，但与壳内电荷的位置无关．如一导体球壳，壳内点电荷q在球心与偏离球心位置时，仅改变壳内电场分布，而壳外电场分布相同．

（3）接地金属壳的壳内电荷分布不影响壳外的电场．但这并不是说壳内电荷不在壳外空间产生电场，而是壳内电荷与壳内表面感应电荷在壳外空间的合场强处处为零．

电势是一个相对的概念，而0电势点是人为规定的，方便应用。当然一般把无穷远处与地球作为0电势点。

所以对于导体内部的电势的大小，没有一个对照是没办法判断的。

导体处于静电平衡时，其内部电场强度处处为零而且表面临近处的电场都垂直于表面，所以导体中以及表面任意两点的电势差为零。就是导体为等势体，面为等势面。

一、性质不同

1、静电屏蔽：是导体外壳对它的内部起到“保护”作用，使它的内部不受外部电场的影响。

2、静电平衡：是导体中的电荷处于稳定状态。

二、特点不同

1、静电屏蔽：为了避免外界电场对仪器设备的影响，或者为了避免电器设备的电场对外界的影响，用一个空腔导体把外电场遮住，使其内部不受影响，也不使电器设备对外界产生影响，这就叫做静电屏蔽。空腔导体不接地的屏蔽为外屏蔽，空腔导体接地的屏蔽为内屏蔽。

2、静电平衡：处于静电平衡的导体，其外部表面附近任何一点的场强方向跟该点的表面垂直。处于静电平衡状态的整个导体是个等势体，它的表面是个等势面。地球是一个极大的导体，可以认为处于静电平衡状态，所以它是一个等势体。

扩展资料：

两者的联系：

在静电平衡状态下，不论是空心导体还是实心导体；不论导体本身带电多少，或者导体是否处于外电场中，必定为等势体，其内部场强为零，这是静电屏蔽的理论基础。

静电平衡时，导体上的电荷分布有以下三个特点：

1、导体内部没有净电荷，正负净电荷只分布在导体的外表面。

2、导体内部无场强，表面场强垂直于表面且满足E=σ/ε。

3、在导体表面，越尖锐的地方，电荷的密度（单位面积的电荷量）越大，凹陷的位置几乎没有电荷。

参考资料来源：百度百科-静电平衡

参考资料来源：百度百科-静电屏蔽

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