第9章 静电场[修正版].ppt

[例] 应用电势梯度的概念，计算半径为R、电荷面密度为?的均匀带电圆盘轴线上任一点P的电场强度 [例] 应用电势梯度的概念，计算电偶极子电场中任一点 P 的电场强度。 已知导体球壳A带电量为Q ，导体球B带电量为q (1) 将A接地后再断开，电荷和电势的分布； 解 A与地断开后, A r R1 R2 B -q 电荷守恒 (2) 再将B接地，电荷和电势的分布。 A接地时，内表面电荷为-q 外表面电荷设为 例 求 (1) B 球的电势: A r R1 R2 B -q 设B上的电量为 根据孤立导体电荷守恒 (2) 导体附近没有其他导体或带电体 电容只与导体的几何因素和介质有关，与导体是否带电无关。 9.5.2. 孤立导体的电容 单位: 法拉( F ) “孤立”导体 孤立导体的电容 + + + + + + + + + + + + + + + + Q u↑ E ↑ 物理意义：使孤立导体每升高单位电势所需的电量。 电势为 电容为 R 举例：求半径为R 的孤立导体球的电容。 9.5.3. 电容器的电容 电容器 B C D A qA 导体B外无带电体： UA，UB与外界导体有关，但UA－UB任不受外界影响，且 腔内电场仅由导体A所带电量qA以及A表面和B内表面形状决定，与外界情况无关． 导体B外有其他带电体： A、B两导体构成的整体称为电容器。 电容器的电容 （电容器电容的大小取决于极板的几何因素以及极板间介质）。 d ?u S +Q -Q (1) 平行板电容器 电容器电容的计算 (2) 球形电容器 R1 +Q -Q R2 a b (3) 柱形电容器 R1 R2 l 电容器的串连和并联 (1) 电容器的串联 根据电容的定义 总的电容和每一个电容的关系为 电容器串联时的电容的倒数等于分电容的倒数和。串联后的电容器的总电容小于原来任一分电容，即容电能力减小了，但是它的耐压能力提高了。 (2) 电容器的并联 根据电容的定义 总的电容和每一个电容的关系为 电容器并联时，总电容等于各分电容之和．虽然总电容增大了，但整个电容器的耐压能力降低了，为了避免被击穿的危险，连接外电源时，只能选择电容器中最低的耐压值来确定外加电压． ? 电容器的应用： 储能、振荡、滤波、移相、旁路、耦合等。 ? 电容器的分类 形状：平行板、柱形、球形电容器等 介质：空气、陶瓷、涤纶、云母、电解电容器等 用途：储能、振荡、滤波、移相、旁路、耦合电容器等。 2.5 厘米 高压电容器(20kV 5~21?F) (提高功率因数) 聚丙烯电容器 (单相电机起动和连续运转) 陶瓷电容器 (20000V1000pF) 涤纶电容 (250V0.47?F) 电解电容器 (160V470 ? F) 12 厘米 2.5 厘米 70 厘米 §9.6 静电场中的介质 9.6.1.电介质的极化 电介质: 绝缘体 - + + O H+ H+ + H2O H+ + + - + H+ H+ N NH3（氨） + - + - 1.有极分子电介质 分子的等效正、负电荷中心不重合的电介质称为有极分子电介质，如 HCl 、 H2O、CO、SO2、NH3….. 等。其分子可视为电偶极子、它们的电矩称作分子的固有电矩，记作Pe。 分子的等效正、负电荷中心重合的电介质称为无极分子电介质。其分子的固有电矩 Pe= 0 ，如所有的惰性气体及CH4等。 - - + He H+ + + - + + H+ H+ H+ CH4（甲烷） C He + - - 2.无极分子电介质 电介质的极化 在外电场作用下，介质中出现电荷集聚的现象——极化现象。聚集起来的电荷称为——极化电荷。 (无极分子电介质) (有极分子电介质) 整体对外不显电性 （热运动） 无外场时 有外场时 位移极化 取向极化 ? 有极分子电介质 ? 无极分子电介质 束缚电荷?′ 束缚电荷?′ 出现极化电荷；极化电场与外电场方向相反 9.6.2.电介质中的电场 在外电场作用下，介质中总场 外电场 束缚电荷产生的附加场 极化电荷产生的电场在电介质内部总是起着削弱外电场的作用． 电极化强度 每个分子的电偶极矩 定义 电偶极子排列的有序程度反映了介质被极化的程度, 排列愈有序，说明极化愈强烈。 实验表明：对于大多数常见的各向同性的电介质，有 ------ 电极化率 说明 可以证明，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．即 可以证明，在外场中，穿过任意闭合曲面的极化强度矢量的通量等于该闭合曲面内极化电荷总量的负值．即 ：S面内包含的极化电荷总和 E与E0的关系 (以平行板电容器为例 ) 外电场强度：