[信息与通信]静电场与电容器.ppt

项目二 静电场与电容 项目二 静电场与电容 知识目标： 1.理解什么是静电，静电的应用与及其危害的防止； 2.掌握电容器的工作原理，理解电容器是动态元件、储能元件； 3.会用电容器的串联和并联得到合适容量的电容； 4.了解电容器的工程应用 技能目标： 会使用指针式万用表判断电容器的好坏，会根据需要正确选用电容器 2.1 静电与静电场 电荷在导体中的定向流动形成电流，当电荷不流动时，我们称为静电。目前，静电在人们的生产、生活中的应用越来越多。如静电复印机、静电打印机、静电除尘器等；根据静电感应原理制成的电子器件，如静电感应晶闸管、晶体管等；静电技术还广泛应用于纺织、印染、塑胶、印刷、胶片处理、静电喷涂、造纸等行业。静电的科学应用给人们带来了很多方便，但静电的危害、静电给人们造成的经济损失也在逐年增加。如静电可引起电子设备的故障或误动作，造成是磁干扰；静电可击穿集成电路或精密电子元器件，降低产品的成品率；高压静电放电造成电击，危及人身安全；静电在粉尘、易燃易爆、油雾等场所易引起爆炸和火灾；在精密生产场所，由于静电吸附灰尘，使 产品的品质下降；雷电（静电放电）这一自然现象每年仅在通信系统及设备上造成的经济损失就以亿计；计算机、各种精密电子仪器为了防止静电等的干扰，则必须采取屏蔽措施……。为了合理应用静电并对静电进行防护，我们应掌握一些静电的基本知识。 3.1.1 什么是静电 带有电荷的物体称为带电，如果物体所带电荷相对静止，称物体带有静电。 在自然界中，各种物质都是由原子组成的，原子是由原子核（原子核带正电）和核外电子（电子带负电）组成。自然界中存在两种电荷：正电荷和负电荷，且同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引。正电荷用符号“+”表示；负电荷用符号“－”表示。物体带电的多少用电荷量表示，电荷量的单位为C（库仑），一个电子所带的电荷量为1.6×10-19C。 产生静电的原因一般是由于物体的相互摩擦和带电体的相互感应。在中学物理课中我们学习了摩擦起电，如用丝绸和玻璃棒摩擦可使玻璃棒中的电子转移到丝绸上，使玻璃棒带正电；在工程中使用的静电是用静电发生器产生的，它将低电压通过电子电路升压到20kV～30kV，在它的两个电极上提供静电场。 3.1.2 静电场和电场强度 1．静电场 由实验可知，两个带有电荷的物体之间有力的作用。其受力方向根据所带电荷的极性不同，为同极性相斥；异极性相吸。 我们用手推桌子，通过手和桌子直接接触，把力作用到桌子上；马拉车时，通过绳子和车直接接触，将力作用到车上。这些都是通过直接接触进行力的传递。 两个带电物体没有直接接触，力是靠什么传递的呢？在带电体的周围存在一种看不见、摸不着的物质场，这种物质场可传递两个带电物体之间的相互作用力，我们称这种物质场为电场。电场是由电荷激发的，有电荷就有电场，电场和电荷同生同灭。电荷量大，激发的电场就强；电荷量小，激发的电场就弱。由静电荷激发的电场称为静电场。 2．电场强度 在带电体（带有电荷的物体）的周围存在着电场，电场对其它带电体有力的作用。为了衡量电场的强弱，引入了电场强度的概念，其定义为：在电场中的任一点，实验电荷所受电场力F 与电荷量Q 之比，称为该点的电场强度，用E 表示，其数学表达式为 （3-1） 图3-1 是用电力线表示的电场方向，每点电力线的方向就是该点电场强度的方向。 3.1.3静电场中的导体 当将不带电的导体（金属）放入电场中，导体中的自由电荷在电场力的作用下，要进行重新分布。当导体中的电荷形成的电场与外电场达到新的平衡时，导体中的电荷才停止移动。 1. 导体的静电平衡条件 当将不带电的（导体中的正负电荷中和，不显电性）导体放入由正电荷激发的电场E0中，如图3-2所示。导体在外电场的作用下，负电荷受引力向左移动；正电荷受斥力向右移动。由于导体的两端产生了电荷的堆积，在导体内形成一新的附加电场E/，此电场和外电场方向相反，如图中所示。导体内的总电场E=E0 —E/ ，当内电场和外电场大小相等时，E0 =E / ，在导体内的总电场E = 0，导体中的电荷停止移动，即达到静电平衡。导体中的总电场E = 0称为电场中导体的静电平衡条件。 由静电平衡条件可知，在电场中的导体，电荷分布在导体的两端，导体内部的电场强度为零。这里必须注意：导体内部的电场，是由一切电荷（包括外部的电荷和导体内部的电荷的总和）产生的总电场。 2.静电中的空腔导体 （1）空腔外存在电场 由金属组成的空心物体，称为空腔。如果有一空腔导体处于外电场中，根据导体的静电平衡条件，空腔内的电场强度为零，即导体内不受外电场的影响。腔外电场强度无论大小怎样