第十三章静电场与物质的相互作用.ppt

*** 真空中孤立导体球的电容*** 设导体球半径为R，带电为Q。 导体球电势为： 导体球电容为： 电容为1F 的孤立导体球的半径 对半径如地球一样的导体球，其电容为： 无穷远处电势为零 V Q C = 二、电容器的电容 定义： 一般情况下，导体并不是孤立的，而是多个导体彼此以一定的位置关系而存在 基本电容器： 设电容器带电?Q，求两个极板的电势差?VAB，按定义求C。 电容器电容只与导体组的几何构形（及周围空间介质）有关，与带电多少无关——固有的容电本领 电容器电容的计算步骤 电容器是重要的电子电路元件，其电容是反映其性能的基本参数 理论和实验表明：对两个导体情形，若其带等量异号电荷，则其电势差正比于所带电量 各导体的电势与带电量关系为何？ 它们可看作是两个导体组成的基本单元按某种方式连接而成 电容器 不同的导体组有不同的容电能力。 两导体组（A、B）电容器 0 0 Q C AB V D = **几种常见电容器** 球形电容器 平板电容器 d 柱形电容器 三、电容器电容的计算 1、平板电容器 + + + + + - - - - - d B A -? +? E S 平板电容器电容： 电容正比于极板面积，反比于极板间距；与极板间介质性质有关。 若极板间充满介电常数为e的各向同性线性均匀介质，则 电介质的击穿场强 Q C AB V D = 分层充满多种电介质的情形 2、柱形电容器 设内、外筒均匀带电量 ?q 解： l 若内、外筒间充满介电常数为e的各向同性线性均匀介质时 Q C AB V D = 分层充满多种电介质的情形 2、柱形电容器 设内、外筒均匀带电量 ?q 解： l 若内、外筒间充满介电常数为e的各向同性线性均匀介质时 Q C AB V D = 分层充满多种电介质的情形 R1 R2 r 沿 3、球形电容器电容 解： RA RB - - - - - - - - + + + + + + + + 若内、外筒间充满介电常数为e的各向同性线性均匀介质时 介质中的场强E比真空中的场强Eo小。而有介质电容器的电容C比真空电容器的电容Co大。 ——又称电容率。 若极板间充满各向同性线性均匀介质时 Q C AB V D = 电阻率很大，导电能力很差的物质。即绝缘体。 电介质的特点： 电介质： §13.2 静电场中的电介质 电介质中的所有电子均在各自所属的原子内部运动。电介质内部几乎没有可以自由移动的电荷。即或电介质处于外电场中或额外带电，情况也如此。 如： 纸张、空气、熔石英、塔夫隆、琥珀、云母、真空 当电介质处于外电场中时，电介质中各个原子中的电子和原子核会受到电场的作用，从而改变它们原来的运动情况。结果，由于电介质中带电粒子在各原子中的运动情况的改变，电介质中的宏观电荷分布将与无电场时的情况不同，从而反过来改变空间中的电场。 电介质与电场的相互作用： 我们将研究电介质与外电场相互作用达到平衡时的情况。 一、无外加静电场的电介质 分子的正、负电荷中心在无外场时重合。不存在固有分子电偶极矩。 分子的正、负电荷中心在无外场时不重合，分子存在固有电偶极矩。 (1)有极分子： -q +q = O-- H+ H+ H2O (2)无极分子： = ± C-- H+ H+ H+ H+ H4C + §13.2.1 静电场中电介质的静电平衡状态 在有极分子电介质中，各个分子在各自的平衡位置附近随机运动（包括转动），这样，其电矩方向也随机取向。结果，宏观上，电介质中各处没有净余电荷。 微观、宏观上，无极分子电介质中各处均没有净余电荷。 (3)铁电体： 钛酸钡 BaTiO3 酒石酸钾钠 电介质内部各处场强为零 1、无极分子的位移极化 ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - E0 达到平衡后，原子核处的场强为零，正负电荷中心相距x0 二、电介质的极化 - - - - + + + + 在外静电场中与外电场达到平衡状态时出现在电介质中的现象 将原子中的负电荷看作是均匀分布的荷电球 在外电场中，原子中正负电荷中心发生反向整体漂移 原子的感应电矩 分子的感应电矩 所有分子的感应电矩同向，电介质表面及不均匀处出现宏观净余电荷 0 = + = ) ( 3 0 - R x Ze 0 E Nucl E 4 1 0 p e 1、无极分子的位移极化 ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - E 在外电场的作用下，介质表面产生电荷积累的现象称为电介质的极化。 极化现象中介质表面产生的电荷称为极化电荷或称束缚电荷。 二、电介质的极化 无极分子在外场的