物理学06 静电.pptVIP

* * * * * * 作者：赵龙 14.3 电容、电场能量 14.3.1 电 容 半径 R 球形导体带电 Q ，选择 则：导体电势 定义：比例系数 C ----称为导体的电容。 C 反映导体本身的性质，与导体的几何尺寸及形状有关，与导体是否带电无关。 国际单位制：法拉 由 知，当 时 比较地球半径 电容常用单位 这种附近没有其它带电体的情况，称孤立导体，选 当孤立导体附近存在其它导体时，电场和电势 都要发生改变，因而孤立导体的电容也要发生改变。 物理意义：导体电势为 1 伏特时，导体所带电量。 最简单的电容器----平行板电容器 14.3.2 电容器 为消除其它导体对电场的影响，通常根据静电屏蔽的原理，设计一种导体组合----电容器 取 若 定义： 电容 则有 平行板电容器电容的物理意义： 两极板的电势差为1 伏特时，某一极板带电荷的绝对值。 平行板电容器电容 C 与Q、U 无关，只与电容器本身的材料及结构有关。 1、圆柱型电容器 14.3.3 典型电容器 两同轴圆筒之间充满电介质ε内筒带电 + Q 外筒带电 – Q，假设 忽略两端边缘效应，高斯面如图 2、球形电容器 内球 ，外球 电介质ε 14.3.4 电容器的连接 由公式 工程技术上需要增大 Q 方法(1)、增加 电容击穿，介质击穿 方法(2)、增加 C 由平行板电容器 体积大 耐低压 材料贵 电容器的耐压和容量不能同时满足。工程采用多个电容器的联接方式来满足不同的需求。 1、电容器的串联 C 点网络电荷守恒 n个电容串联时 得 当 时 n个电容器并联时 2、电容器的并联 等效电容 14.3.5 带电系统的能量 金属球壳带电体带电量 Q，选取电势 0点 建立过程：将 dq 从无穷远不断地搬运至 Q 的过程 在此过程中，外力做功 带电量为 Q 时，外力做功为 带电系统的能量 = 外力移动电荷做功 因静电力是保守力，带电体电量建立的过程，也是其系统能量建立的过程。 球形导体，半径R，带电 Q 任意时刻带电 q 14.3.6 电容器的能量 以平行板电容器为例说明：AB 两板分别带+ Q - Q 建立过程----外力移动 dq 由 B 板至 A 板，某一时刻，A 板带电 q，B 板带电 - q 外力做功 全过程 由功能原理 即电容 C 带电 Q 时，具有能量 带电体的带电过程，也是其周围电场建立的过程。带电系统的能量是以电场的形式存在的，即电场具有能量。 8.6.7 电场的能量 可以证明，该公式是普适公式 任意电场的总能量 由平行板电容器的结果 能量均匀分布在电容器内部 定义：电场能量密度----单位体积内的电场能量 例题-1 已知半径R 金属球带电Q，求金属球的电场能量 解： 电场能量与做功相同 例题-2 球形电容器RA RB ，两球之间电介质ε 带电如图，求：电场能量? 解：根据电介质中的高斯定律 根据电场能量求电容，是求电容的另一种方法。 比较 可得 与前结果相同 解：由功能原理 例题-3 平行板电容器，极板面积 S，间距 d，充电 Q 后，将两板距离拉开至 2d (1)、求：外力所做功 B 极板带电 - Q (2)、求：两极板之间的相互吸引力 解法 (1) 两板拉开过程中，E 不变，F 不变 解法 (2) A 极板单独存在时产生电场