2 静电场中的介质.ppt

电容器放电过程中,电量 在电场力的作用下， 从正极板到负极板，这微小过程中电场力作功为： 所以储存在电容器中的能量为： ? 电容器储存的能量 ? 电容器储存的能量与场量的关系 (以平行板电容器为例) 结果讨论： 电容器所具有的能量与极板间E有关，还与电场存在的空间有关，电场携带了能量。 电场的能量密度为： 对任意电场其能量为： 例 求导体球壳的电场能 例：设想电量Q在真空中均匀分布在一个半径为R的球体内，试计算其电场能量。 球内空间 球外空间 电介质存在时 电场的能量密度为： 对任意电场其能量为： 有介质存在时，记住以下结论： 第4章结束 例：一平板电容器面积为S，间距d，用电源充电 后，两极板分别带电为+q和-q，断开电源，再把 两极板拉至2d ，试求：?外力克服电力所做的功。 ?两极板间的相互作用力？ 解? ：根据功能原理可知， 外力的功等于系统能量的增量 电容器两个状态下所存贮的 能量差等于外力的功。 初态 末态 若把电容器极板拉开一倍的距离，所需外力的功等于电容器原来具有的能量。 2) 极板带电不变，场强不变，作用力恒定 1. C1 和 C2 两空气电容器并联起来接上电源充电.然后将电源断开，再把一电介质插入 C1 中，则 [ C ] (A) C1 和 C2 极板上电量都不变. (B) C1极板上电量增大，C2极板上的电量不变. (C) C1极板上电量增大，C2极板上的电量减少. (D) C1极板上的电量减少,C2极板上电量增大. 断电后总电量守恒，两电容器电压相等 2. C1 和 C2 两空气电容器串联起来接上电源充电,保持电源联接,再把一电介质板插入 C1 中,则 [ A ] (A) C1上电势差减小,C2上电量增大； (B) C1上电势差减小,C2上电量不变； (C) C1上电势差增大,C2上电量减小； (D) C1上电势差增大,C2上电量不变。 串联电量相同 3. C1 和 C2 两个电容器，其上分别表明200pF（电容量）、500v（耐压值）和300pF 、900v把它们串联起来在两端加上1000V电压，则 (A) C1被击穿,C2不被击穿； (B) C2被击穿, C1不被击穿； (C) 两者都被击穿； (D) 两者都不被击穿。 [ C ] 4. 一球形导体,带电量 q ,置于一任意形状的空腔导体中,当用导线将两者连接后,则与末连接前相比系统静电能能将 [ C ] (A) 不变； (B) 增大； (C) 减小； (D) 如何变化无法确定。 5.真空中有一均匀带电球体和一均匀带电球面,如果它们的半径和所带的电量都相等,则它们的静电能之间的关系是： [ B ] （A）球体的静电能等于球面的静电能； （B）球体的静电能大于球面的静电能； （C）球体的静电能小于球面的静电能； （D）无法比较。 * * * 第四章 静电场中的电介质 §4.1 、电介质对电场的影响 §4.2、 有介质时的高斯定理 §4.3 、电容器及其电容 §4.4 、电容器的能量及电场的能量 +- §4.1 电介质对电场的影响 一.电介质的微观图象 1.电介质：是由大量电中性的分子组成的绝缘体。 ②无极分子:无外电场作用时，正负电荷中心重合, 整个分子无固有电矩 ①有极分子：正负电荷中心不重合，相当于电偶极子, 存在固有电矩 2.电介质的分子： 例如，CO2、 H2 、N2、 O2 、 He 例如，H2O 、Hcl 、CO 、SO2 1、无外场时 有极分子 无极分子 因无序排列对外总体不呈现电性。 电中性 热运动---紊乱 2、有电场时 电介质分子的极化 二、电介质分子对电场的影响 取向极化 ? 取向极化——有极分子的极化 电场 由于热运动，这种取向只能是部分的，遵守统计规律。 无极分子的感应电矩约是有极分子固有电矩的10-5，方向与外加电场相同，外电场越强，感生电矩越大。 感生电矩 ? 位移极化——无极分子的极化 电场 +- 三、极化电荷 结论：极化的总效果是介质边缘出现电荷分布 称呼：由于这些电荷仍束缚在每个分子中，所以称之为束缚电荷或极化电荷。 外电场越强，电介质表面的束缚电荷越多 3.描述极化强弱的物理量--极化强度 单位 一个分子的电偶极矩 定义 无极分子构成的电介质： 电极化强度随外电场的增大而增大 实验证明：当电介质中的电场不太强时，各种各向同性的电介质的电极化强度与场强成正比，方向相同。 为电介质的相对介电常量 电介质的击穿 介电强度（P74） 四、电介质对电场的影响 自由电荷产生的场 束缚电荷产生的场 为电介质的特征常数称为电介质的相对介电常数 真空中： 空气中： 无限