静电场和稳恒电场.ppt

8-4 电场的能量 开关倒向a,电容器充电。 开关倒向b,电容器放电。 灯泡发光 ?电容器释放能量 ?电源提供 计算电容器带有电量Q，相应电势差为U时所具有的能量。 一、带电系统的能量 任 一 时 刻 终 了 时 刻 外力做功 电容器的电能 电场能量体密度——描述电场中能量分布状况 二、电场能量 1、对平行板电容器 电场存在的空间体积 对任一电场，电场强度非均匀 2、电场中某点处单位体积内的电场能量 例： 计算球形电容器的能量 已知RA、RB、?q 解：场强分布 取体积元 能量 课堂讨论 比较均匀带电球面和均匀带电球体所储存的能量。 * * * * * * * 问题： 1、在两板间插入一中性金属平板，求板面的电荷密度。 2、如果第三板接地，又如何？ 3、剪掉第三板接地线，再令第一板接地，又如何？ 有极分子：分子正负电荷中心不重合。 无极分子：分子正负电荷中心重合； 电介质 C H + H + H + H + 正负电荷 中心重合 甲烷分子 + 正电荷中心 负电荷 中心 H + + H O 水分子 ——分子电偶极矩 四、电介质的极化 1. 无极分子的位移极化 无外电场时 加上外电场后 + + + + + + + 极化电荷 极化电荷 2. 有极分子的转向极化 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 无外电场时 电矩取向不同 两端面出现 极化电荷层 转向外电场 加上外场 *五、电极化强度和极化电荷 1、电极化强度(矢量) 单位体积内分子电偶极矩的矢量和 描述了电介质极化强弱，反映了电介质内分子电偶极矩排列的有序或无序程度。 极化电荷 表面极化电荷 2、极化电荷和极化强度关系 (1)均匀介质极化时，其表面上某点的极化电荷面密度，等于该处电极化强度在外法线上的分量。 (2)在电场中，穿过任意闭合曲面的极化强度通量等于该闭合曲面内极化电荷总量的负值。 无限大均匀 电介质中 充满电场空间的各向同性均匀电介质内部的场强大小等于真空中场强的 倍，方向与真空中场强方向一致。 介质中的场 极化电荷的场 自由电荷的场 *六、电介质中的电场 1、线性各向异性电介质 它表示张量在坐标中的9个分量，叫做电介质的极化率张量。 的关系是线性关系时， 电介质叫做线性电介质。 2、铁电体 与 的关系是非线性的，甚至 与 之间也不存在单值函数关系。 如：酒石酸钾钠（NaKC4H4O6）及钛酸钡（BaTiO3） （1）、 由于铁电体具有电滞效应，经过极化的铁电体在剩余极化强度Pr和-Pr处是双稳态，可制成二进制的存储器。 （2）、 铁电体的相对介电常数?r不是常数，随外加电场的变化。利用铁电体作为介质可制成容量大、体积小的电容器。 铁电体的性能和用途 3、压电体 1880年居里兄弟发现石英晶体被外力压缩或拉伸时，在石英的某些相对表面上会产生等量异号电荷。 ——压电效应 （ 3）、铁电体在居里点附近，材料的电阻率会随温度发生灵敏的变化，可以制成铁电热敏电阻器。 （4）、铁电体在强光作用下能产生非线性效应，常用做激光技术中的倍频或混频器件。 4、驻极体 极化强度并不随外场的撤除而消失。如：石蜡 七、有电介质时的高斯定理 自由电荷 极化电荷 电位移矢量 真空中 介质中 介质中的高斯定理 自由电荷 通过任意闭合曲面的电位移通量，等于该闭合曲面所包围的自由电荷的代数和。 电位移线 大小: 方向:切线 线 线 6-2 电容 电容器 一、孤立导体的电容 孤立导体：附近没有其他导体和带电体 单位：法拉（F）、微法拉（?F）、皮法拉（pF） 孤立导体的电容 孤立导体球的电容C=4??0R 电容——使导体升高单位电势所需的电量。 1、电容器的电容 导体组合,使之不受周围导体的影响 ——电容器 电容器的电容：当电容器的两极板分别带有等值异号 电荷q时，电量q与两极板间相应的电 势差uA-uB的比值。 二、电容器及电容 将真空电容器充满某种电介质 电介质的电容率（介电常数） 平行板电容器 电介质的相对电容率（相对介电常数） 同心球型电容器 同轴圆柱型电容器 2、电容器电容的计算 平行