大学物理II(杜朝玲)08导体与介质.pptVIP

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另证 同样可证 将dq由B板移到A板,外力需作功 四、电场能量 1.电容器能量 带电电容器的能量为 以平板电容器为例:设极板面积为S,两极板间距离为d,板间充满介电常数为? 的电介质 2.电场能量 任意电场中所储存的能量为 讨论: 电场具有能量是电场物质性的一种表现 单位体积的能量(电场能量密度)为 [例7]电荷Q均匀分布在真空中半径为R的薄球壳上,求静电场的总能量 解:电场分布 [例8]空气平板电容器的极板面积为S,极板间距为d,其中插入一块厚度为d’的平行铜板。现在将电容器充电到电势差为U,切断电源后再将铜板抽出。试求抽出铜板时外力所作的功 外力的功等于抽出铜板前后该电容器电能的增量 解:法1 电容储存能量的观点: 抽出铜板前电容器的电容为 极板上的电荷不变 抽出铜板后电容为 法2 电场是能量携带者的观点 铜板抽出前后,空气中电场强度不变,即电场能量密度不变,但电场存在的空间体积增大 极化电荷的电场,使电场分布发生变化 介质外: 可能增强、减弱或改变方向 介质内: 减弱 以平板电容器为例 ----相对介电系数 令 ---- 部分抵消 的缘故 1. 环路定律 ---- §7-8 有电介质的高斯定理 电位移 2.高斯定理 ----电位移 ----有介质时的高斯定理或 的高斯定理 定义: 讨论: 自由电荷 (1)电位移通量只与闭合曲面所包围的自由电荷有关,但 本身与自由电荷和极化电荷都有关 线与 线的区别 线:从正电荷出发,终止于负电荷 线:从自由正电荷出发,终止于自由负电荷 (2)可用电位移线来形象地描述电位移 线 线 三矢量的关系 定义: ----介质的介电常数 (1) 是辅助物理量,没有明显的物理意义,但有介质时,计算 通量比计算 通量简便 说明: (2)以上讨论的是各向同性介质, 方向一致   [例4]半径为R 的金属球带有正电荷q0,置于一均匀无限大的电介质中(相对介电常数为?r),求球外的电场分布,极化电荷分布和极化电荷电量 解:(1)电场分布球对称 取半径为r并与金属球同心的球面S为高斯面 方向沿径向向外 或 电介质中的电场分布为 (2)极化强度 球与介质交界处,介质表面的法向与该处极化强度的方向相反 (3)极化电荷电量为 ----q’与q0反号,而且数值小于q0 [例5]两电荷面密度分别为+?和-?的导体板平行靠近放置,板间电压V0=300V。如保持两板的电量不变,将板间的一半空间充以相对介电系数?r=4的电介质,则板间电压为多少?介质上下表面的极化电荷面密度多大? 解:设导体板面积为S,板间距离为d 未放电介质:板间有 充电介质:作以?S为底面积的高斯面 同理,对右半部有 两侧电势相等 因导体板上总电量保持不变 解得 两板间 上表面 下表面 电介质 被极化 总电场 极化电场 影响原电场 束缚电荷 一、孤立导体的电容 设孤立导体带电量为q,电势为U ----孤立导体的电容 单位:法拉(F),1F=1C/V §7-9、7-10 导体的电容 电场能量 定义: 二、电容器 电容器:两个带有等值异号电荷的导体组成的系统 设真空中的导体A和B所带电量分别为+q和-q 定义: ----电容器的电容 1.平板电容器 设极板所带电荷为?q 则 2.圆柱形电容器---两同轴圆柱面构成 设内外柱面带有电荷分别为+q和-q 两柱面间、距轴线为r处的电场强度大小为 3.球形电容器---两同心球壳构成 设内外球壳分别带有电荷+q和-q,则 讨论: (1)电容器的电容与极板所带电量无关,只与电容器的几何结构有关 (2)充满介质的电容器,其电容比真空时的电容大?r倍 (3)计算电容的步骤: a.设极板带有电荷?q b.求两极板间的电场强度分布 c.求两极板间的电势差 d.求得电容 各电容器上的电压相等 三、电容器串并联 1.并联: 电容器组总电量q为各电容所带电量之和 2.串联: 各电容器的电量相等,即为电容器组的总电量q 总电压为各电容器电压之和 讨论: (1)并联可获得较大的电容 (2)串联时等效电容比每一电容器的电容小,但电容器组的耐压能力提高 [例6]电容为C的空气平板电容器,两极板间距离为d,若在此电容器中插入一相对介电系数为?r的纸片,这时电容器的电容变为C’,试证纸片厚度为 证:设极板面积为S 得证 [例1]半径为R的不带电导体球附近有一点电荷?q,它与球心O相距d,求(1)导体球上感应电荷在球

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