电容和介电质-徐.ppt

9.1 电容和电容器 2.电容器的电容 9.2 电容器的联接 9.3 介电质静对电场的影响 9.6 电容器的能量 9.7 介电质中电场的能量 d1 d2 例4.一平行板电容器，中间有两层厚度分别为d1和d2的电介质，它们的相对介电常数分别为?r1和?r2，极板面积为S。求电容。 解： 例5. 球形电容器由半径为R1的导体球和内半径为R3的导体球壳构成，其间有两层均匀电介质，分界面的半径为R2，相对介电常数分别为?r1和?r2 。求：电容。 R1 R2 R3 ?r1 ?r2 解： 介质1 介质2 R1 R2 R3 ?r1 ?r2 介质1 介质2 -q +q UAB + + dq 因为 所以 * * 斜面的角度：很多学生偏好30度 过去我在进行气垫轨道实验教学时，学生同样选择30度。 学生将器材调整到30度的方法： 有些组学生，调到近45度而不自知。 许多高中生认为物理公式非常多，用『背』的方式学物理。 国文老师扫文盲，物理老师扫理盲 ——R.P费曼 科学是一种方法。 它教导我们： 一些事物是怎样被了解的， 什么事情是已知 如何对待疑问 证据服从什么法则； 的，现在了解到了什么程度, 和不确定性， 如何思考 事物，做出判断， 如何区别真伪和表面现象。 第九章 电容器和电介质 导体具有储存电荷的本领 孤立导体的电容：孤立导体所带电量q与其电势?的比值。 单位法拉 尖端放电： 1.孤立导体的电容 例： 孤立导体球 孤立导体球的电容为： 电势： 孤立导体的电容仅取决于导体的几何形状和大小，与导体是否带电无关。 地球的电容： R 电容器： 一种储存电能的元件。由电介质隔开的两块任意形状导体组合而成。两导体称为电容器的极板。 电容器的符号： 电容器电容：极板电量q与极板间电压U之比值。 电容器的计算 1、平板电容器 d + + + + + - - - - - B A -q +q E S 电容： 2. 球形电容器 RA RB RA RB 3. 圆柱形电容器 圆柱形电容器电容： 1.电容器的串联 C1 C2 Cn UAB 设各电容带电量为q 串联电容器的等效电容的倒数等于各电容的倒数之和。 结论： … 等效电容： 2. 电容器的并联 C1 C2 C3 VAB 总电量 ： 等效电容： 并联电容器的等效电容等于个电容器电容之和。 结论： … 分子中的正负电荷束缚的很紧，介质内部几乎没有自由电荷。 介电质的特点： 介电质： 电阻率很大，导电能力很差的物质，即绝缘体。 （常温下电阻率大于107欧·米） 2 q q 1 2 q q 1 E0 U0 E U 相对介质常数 U=U0/ E=E0/ 介电质对静电场产生影响,可从介电质的微观结构解释 ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± E 在外电场的作用下，介质表面产生的电荷称为极化电荷或称束缚电荷。此现象称为介电质的极化。 + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - 介电质的在外场的作用下由于正负电荷发生偏移而产生的极化称为位移极化。 9.4 介电质的极化 介电质击穿：在强电场作用下介电质的正负电荷被拉开成为自由电荷，介电质变成导体的现象。 外电场： 极化电荷产生的电场： 介质内的电场： 空气的击穿电场强度约为： 矿物油的击穿电场强度约为： 云母的击穿电场强度约为： 封闭曲面S所包围的自由电荷。 封闭曲面S所包围的极化电荷。 极化电荷难以测得 E 0 E E = + ‘ E0 . d S = s ò ò qi ε 0 Σ E’ . d S = s ò ò ε 0 q‘i Σ 自由电荷 定义电位移矢量： 介质中的高斯定理： 在静电场中，通过任意封闭曲面的电位移通量等于该曲面所包围的自由电荷的代数和。 注意： 电位移矢量 是一个辅助量。描写电场的基本物理量是电场强度 。 只适用于各向同性的均匀介质。 放入介质时的 E 线 未放入介质时 极化后介质内部场强削弱 的 E0 线 自由电荷与极化电荷共同产生场 放入介质时的 D 线 未放入介质时 的 D0 线 介质中无自由电荷，所以 D 线是连续的。 有介质时静电场的计算 1. 根据介质中的高斯定理计算出电位移矢量。 2. 根据电场强度与电位移矢量的关系计算场强。 + d d 1 2 ε 0 ε r B A + + + + + D 1 D 2 E E 1 2 σ σ [ 例1 ] 一平行板电容器，其中填充了一 层介质，尺寸如图，介质的相对介电常数为 ε r 。 D 1 D 2 , , E E