[理学]大学物理徐瑞珍版课件 第8章.ppt

+ + + + + + - - - - - - + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - 介质中的电场： 外场 附加电场 例8－5：如图，平行板面积为S，板间距离为 d ，接在电压为V的电源上，介质的相对介电常数为?r。求（1）（2）两种接法板间各处的电场、自由电荷与束缚电荷面密度。 （1） （2） 思考：两种接法对应的电容分别是？ 介质内外电场相等吗？ 解：（1）设两边的电场即电荷面密度如图所示 （1） 非普适公式！ （1）球壳内表面带电 ，外表面带电 系统视为三个均匀带电球面组成。 根据电势叠加原理得： 练习：如图，球形空腔导体带电量为Q，腔内离球心r处有一点电荷q，求球心的电势。如果球壳接地，球心的电势又如何？ 解：静电感应作用，导体内表面带电　　，外表面带电 该体系等效于一个点电荷和两个带电球面，内表面带电不均匀。 如果球壳接地，则外表面带电为０。 思考：未接地时电场强度的分布情况？ §8.2 电容器、电容 电容的大小仅与导体的形状、相对位置、其间的电介质有关. 与所带电荷量无关. 电容器：两个中间用电介质 隔开的导体 电容：使电容器每升高单位电势所需的电荷量。 反映电容器储电能力。 单位：法拉（F） （1）平板电容器 + + + +++ - - - - - - 两带电平板间的电场强度 设两导体板分别带电 两带电平板间的电势差 平板电容器电容 1、几种常见电容器的电容 1）设两极板分别带电 ； 3）定义式求两极板电势差U； 电容器电容的求解步骤： 2）高斯定理求场强 ； 4）定义式求电容C . （2）圆柱形电容器及其电容 高斯定理 ++++ ---- 作同轴柱形高斯面 (3)　球形电容器的电容 设内球带正电（　　），外球带负电（　　）． ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ * （4）孤立导体电容器的电容 孤立导体球的电容： 球形电容器电容 （1）并联 每个电容器的电压相等，即 所以，等效电容为 3、电容器的连接 （2）串联 每个电容器的电量相等，即 所以，等效电容满足： 串联后，等效电容小于每一个电容器的电容，但耐压能力提高了。 §8.3 静电场中的电介质 1 电介质对电容的影响 + + + + + + + - - - - - - - + + + + + + + - - - - - - - 相对介电常数（相对电容率） 介电常数（电容率） 说明电介质引入电场后一定出现了某种电荷，这些电荷产生了附加电场，其方向与原电场反向。 电介质中的电场强度： + + + + + + - - - - - - + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - 极化电荷（束缚电荷）： 介质受电场作用而出现的电荷，还是束缚于分子范围内。 电介质的击穿：电介质中的场强超过一定值时， 电介质的绝缘性能被破坏。 2 电介质的极化 无极分子电介质：（氢、甲烷、石蜡等） 有极分子电介质：（水、有机玻璃等） 无外场 外场中(位移极化) 出现束缚电荷和附加电场 被约束在分子内 外电场作用下，正、负电荷因相反的位移而分开，电偶极矩与外电场同向。 （1）位移极化 （2）取向极化 在外电场中，电偶极矩因受到力矩作用而转向外场。 无外场 + + + + - 外场中(转向极化) 出现束缚电荷和附加电场 位移极化和取向极化微观机制不同，宏观效果相同。 金属导体和电介质比较 有大量的 自由电子 基本无自由电子，正负电荷只能在分子范围内相对运动 金属导体 特征 电介质（绝缘体） 模型 与电场的 相互作用 宏观 效果 “电子气” 电偶极子 静电感应 有极分子电介质: 无极分子电介质: 转向极化 位移极化 静电平衡 导体内 导体表面 感应电荷 内部：分子偶极矩矢量和不为零 出现束缚电荷（极化电荷） 3、极化强度矢量 介质中某点单位体积内所有分子电偶极矩的矢量和。 单位： 均匀极化：介质中各点的极化强度矢量都相等。 均匀极化情况下，介质中不出现极化体电荷，仅有极化面电荷。 实验规律： 介质 极化率 总场 空间矢量函数 由介质的性质决定，与E无关。在各向同性均匀介质中为常数。 各向同性介质 表面极化电荷面密度 由于极化而穿过底面的电荷量为 作斜圆柱：底面平行于介质表面；母线平行于外电场，长度为分子正、负电荷中心距离。 4、极化电荷与极化强度矢量的关系： 介质非均匀极化时，出现极化体电荷 移过面元dS的电量 移出封闭曲面S的电量 极化强度