第14章 电介质.ppt

一、电介质中的电场 变换： * 第14章 电介质 1.实验现象: 当带电板之间充满入电介质时: 电介质就是绝缘物质。 -----相对介电常数 或相对电容率 εr随电介质的种类和状态的不同而不同，是电介质的一种特性常数。 ——绝对介电常数 真空 εr=1, ε=ε0 ------电压减小 2.定义： §14.1 电介质对电场的影响 4.电介质对电场的影响: 介质内的场强比真空中的小。 一、电介质结构 §14.2 电介质的极化 有极分子：分子正负电荷重心不重合。 (如：水、有机玻璃等） 无极分子：分子正负电荷重心重合； （如：氢、、石蜡等） 两类电介质 - + - -----可等效为电偶极子 为什么有介质时,介质内的场强比真空中的小呢？ ———— 这可用电介质的极化来解释。 二、电介质的极化 电介质在外电场作用下,表面出现束缚电荷的现象称极化现象。 各向同性均匀电介质中 介质中的场 自由电荷的场 极化电荷的场 (束缚电荷) §14.3 介质中的高斯定理 真空中 自由电荷 二、电介质中的高斯定理 电位移矢量 介质中 束缚电荷 真空中 各向同性均 匀介质中 定义: ------电位移矢量 介质中: 自由电荷 自由电荷 包围的 通过电介质中任一闭合曲面内的电位移通量等于该曲面内所包围的自由电荷量的代数和。 ---介质中的高斯定理 注意: 线从自由正电荷出发，终止于自由负电荷。 1. 为辅助物理量 线 线 2. 对真空 回到真空中的高斯定理 ----------具有普遍适意义. 3. 可求介质中场强。 求法： (不出现 q?)， （对称分布的电场） 例1：将电荷 q 放置于半径为 R 相对电容率为 ?r 的介质球中心，求：I 区、II区的 D、E 及 V。 解：在介质球内、外各作半径为 r 的高斯球面。 高斯面 球面上各点D大小相等， I区： II区： 由 I区： II区： 由 I区： II区： §14.4 电容和电容器 + + + + + + + + + ε + 例：金属球 一、孤立导体的电容 C——使导体升高单位电势所需要的电量。 由导体本身的性质及介质环境决定,与q无关。 定义：孤立导体的电量与其电势之比称为孤立导体的电容。 单位：法拉（F），1F=1C/V 二、 电容器 　　由两个靠近的形状相同彼此绝缘的金属导体所组成。 　储存电荷和电能的容器， 1 . 电容器的作用 各种电容器、电阻器和电位器 2.电容器的符号 C 极板 在电路中起着隔直流通交流的作用。 三、电容器的电容: 1. 定义: 2. 意义及性质: 　　电容是反映电容器容纳电荷本领大小的物理量。其大小，与两导体的几何形状尺寸和两极板的相对位置有关，还与两极板之间所填充的电介质材料有关，而与两极板带电量无关。 四、电容器电容的计算 方法：先假定两极板分别带 电量±Q，然后由电场分布求出两极板间的电势差，再根据电容定义求出电容值 。 一个极板上带的电量 两极板间的电势差 设 ±Q E U C=Q / U A B S -σ σ d E=0 E=0 设一极板带电荷面密度为σ 1.平行板电容器的电容: 真空平行板电容器的极板面积为S，两板间距为d C与所带电量无关，与电容器结构及形状有关 2.球形电容器的电容 　　球形电容器的内、外半径分别为RA 、RB, RB RA 设带电量为Q 讨论 或 孤立导体球电容 l o A B RA RB 3.圆柱形电容器的电容 : 　　柱形电容器的内、外半径分别为RA 、RB,高度为l 小结： 1 2 0 1 2 2 1 0 0 ln 2 4 R R L C R R R R C d S C pe e p e = - = = 柱形 球形 平板 当带电板之间充满入电介质时: 作用：增大电容； 1.电容器的串联 … C1 … Ci Cn 2.电容器的并联 C1 C2 Ci Cn 三、 电容器的联接 例1. C1 和 C2 两空气电容器并联起来接上电源充电.然后将电源断开，再把一电介质插入 C1 中，则 [ C ] (A) C1 和 C2 极板上电量都不变. (B) C1极板上电量增大，C2极板上的电量不变. (C) C1极板上电量增大，C2极板上的电量减少. (D) C1极板上的电量减少,C2极板上电量增大. 分析： C1↑ ↑ C=C1+C2 Q不变 ↑ ↑ ↑ 例2. 半径分别为 a 和 b 的两个金属球,它们的间距R比本身线度大得多,今用一细导线将两者相连接,并给系统带上电荷 Q。求： (1)每个球上分配到的电荷是多少？ (2)按电容定义式,计算此系统的电容。 解： 设两球带电分别为Qa、Qb 则有： ∴ (孤立导体） b