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电容和电介质new

* * 电容器与电介质 §14.3 电容和电容器 + + + + + + + + + + 导体的一个重要应用 ——储存电荷 一个大小与形状一定的导体能储存多少电荷? 导体表面处的电势和场强为: 过高的场强会将带电体周围的介质击穿,造成放电。 希望带电体在一定的电势下,带电量越大越好。 电容:带电体储存电荷能力的度量。 例:金属球 1.孤立导体的电容 物理意义:使导体产生单位电势所需要的电量。 理论与实践均已证明:导体的电容由导体本身的性质(大小与形状)及其周围的介质决定,与导体是否带电无关! + + + + + + + + + + + 1、定义式 2、单位 法拉 符号:F 1F = 1C/V 孤立导体:导体周围无其它导体或带电体的导体。 q V 2.电容器的电容 对非孤立导体A,它还要受到周围其它导体或带电体的影响,电势不再简单地与所带电量成正比。 解决办法—利用静电屏蔽的原理,用导体空腔B把导体A屏蔽起来。 腔内电场仅由导体A所带电量qA以及A的表面和B的内表面的形状决定,与外界情况无关。 A、B之间的电势差(VA-VB)与qA成正比。 电容器--由导体及包围它的导体壳所组成的导体系。 定义电容器的电容: 孤立导体的电容就是导体与无穷远处导体壳间的电容。 电容器的电容只与电容器的大小、形状、电介质有关,而与电量、电压无关。 3.电容的计算方法 例1:球形电容器 解:设A球带电量为q, 板间场强为: 极板间的电势差: 由电容定义: 当 时: 孤立导体的电容 例2:平行板电容器 平行板电容器极板面积为S,板间距离为d,求电容器电容。 解:设两极板带电量分别为+q和-q, 平行板电容器场强: 板间电势差: 电容 平行板电容器的电容正比于极板面积S,反比于极板间距d,与q无关。 例3:圆柱形电容器 圆柱形电容器为内径RA、外径RB 两同轴圆柱导体面A和B组成,圆柱体的长度l,且 R2?R1L,求电容。 解:设两柱面带电分别为+q和-q,则单位长度的带电量为 作半径为r、高为l的高斯柱面。 面内电荷代数和为: 高斯面 柱面间的电势差为: 高斯面 电容 求电容步骤: A)让两极板带等量异性电荷并求其电场分布; B)通过场强计算两极板间的电势差; C)由电容器电容的定义式C=Q/U求C。 4.电容的串联和并联 1).电容器的串联 等效 特点: 由 有 电容器串联后,等效电容比每个电容器的电容都小,但耐压能力增加了。 电容器串联后,等效电容的倒数是各电容的倒数之和。 2).电容器的并联 等效 特点: 由 有 电容器并联后,等效电容等于各电容之和。 电容器并联后,等效电容比单个电容器的电容量增加了,但耐压能力没有增加。 电介质对电场的影响 电介质——通常条件下的绝缘物质。 提高电容器电容的一种方法——填充电介质 电势差V0 真空时 +q -q 电势差V 填满介质时 +q -q 电容提高了,场强下降了! 为什么?。。。 实验发现: 考虑到: 由 得: 电介质的电容率(又称为介电常数) ε εr 称为某种介质的相对介电常数 ,又称为相对电容率。 真空的介电常数(真空的电容率 ) 真空 εr = 1 有些介质(如各向同性均匀电介质),其介电系数是常数; 而有些介质其介电系数是与电场强度、空间方向等因素有关的变量,一般是一个张量。 §14.2 电场中电介质 电子云的 负电中心 正电荷的 等效中心 定义:分子电矩——由分子(或原子)中的正负电荷中心决定的电偶极子的电偶极矩,用 表示。 1.电介质的分类 1)极性分子:分子内正负电荷中心不重合; ; + 水分子 H + + H O 负电荷中心 正电荷中心 甲烷分子 2)非极性分子:分子内正负电荷中心重合; ; C H + H + H + H + 正负电荷中心重合在此处 2.介质的极化--外电场对介质的作用 中性的电介质在外电场的作用下,体内或表面出现净电荷的现象,称为电介质的极化。 因极化产生的电荷称为极化电荷,或束缚电荷; 比较而言, 导体所带的电荷称为自由电荷. 对于各向同性、均匀电介质,极化电荷仅产生在介质表面,介质内部处处无净电荷。 1)有极分子的转向极化 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 无外电场时,分子电矩的取向是无规的。 加上外场 两端面出现

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