《大学物理精品课件-华南理工》静电场中的导体和介质.pptVIP

平行板电容器 球形电容器 圆柱形电容器 18.3 电容 电容器 一、孤立导体的电容 孤立导体是指其它导体或带电体都离它足够远，以至于其它导体或带电体对它的影响可以忽略不计。 真空中一个半径为R、带电量为Q 的孤立球形导体的电势为 电量与电势的比值却是一个常量，只与导体的形状有关，由此可以引入电容的概念。 1、引入 1 孤立导体所带的电量与其电势的比值叫做孤立导体的电容 孤立球形导体的电容为 孤立导体的电容与导体的形状有关，与其带电量和电位无关。 2、电容的定义 2 法拉(F) 1F=1C.V-1 微法 1μF=10-6F 皮法 1pF=10-12F 3、电容的单位 3 关于电容的说明： 4 是导体的一种性质，与导体是否带电无关； 是反映导体储存电荷或电能的能力的物理量； 只与导体本身的性质和尺寸有关。 二、电容器 两个带有等值而异号电荷的导体所组成的系统，叫做电容器。 1、电容器的定义 1 B C D A qA + + + + + + + -qA - - - - - - - 用空腔B 将非孤立导体 A 屏蔽, 消除其他导体及带电体 ( C、D ) 对A 的影响。 电容器两个极板所带的电量为+Q、-Q，它们的电势分别为VA、VB，定义电容器的电容为： 2、电容器的电容 2 A 带电 qA , B 内表面带电 -qA , 腔内场强E , A B间电势差 UAB = VA – VB 按可调分类：可调电容器、微调电容器、 双连电容器、固定电容器 按介质分类：空气电容器、云母电容器、陶瓷电容器、 纸质电容器、电解电容器 按体积分类：大型电容器、小型电容器、微型电容器 按形状分类：平板电容器、圆柱形电容器、球形电容器 电容器的分类 3 平行板 d 球形 柱形 在电路中：通交流、隔直流； 与其它元件可以组成振荡器、时间延迟电路等； 储存电能的元件； 真空器件中建立各种电场； 各种电子仪器。 计算电容的一般步骤为： 设电容器的两极板带有等量异号电荷； 求出两极板之间的电场强度的分布； 计算两极板之间的电势差； 根据电容器电容的定义求得电容。 4、电容器的作用 4 5、电容器电容的计算 5 ② 板间电场： ③ 板间电势差： ④ 电容： +q –q A B + + + + + – – – – – ① d 很小, S 很大 , ① 设两极板带电± q ； 解： S d E 平板电容器的电容与极板的面积成正比，与极板之间的距离成反比，还与电介质的性质有关。 解：两极板间电场 板间电势差 R1 R2 o ② 电容 讨论：①当R2 →? 时， 孤立导体球电容。 +q - q ②R2 –R1= d , R2 ≈R1 = R 平行板电容器电容。 解：设两极板带电 ? q 板间电场 l ③ ( l R2 – R1 ) 板间电势差 圆柱形电容器的电容 R1 R2 圆柱越长，电容越大；两圆柱之间的间隙越小，电容越大。 用d表示两圆柱面之间的间距，当dR1 时 平板电容器 * 18 静电场中的导体和电介质 一、静电感应 静电平衡条件 金属导体有自由电子，作无规则的热运动。 导体中的自由电子在电场力的作用下作宏观定向运动，引起导体中电荷重新分布而呈现出带电的现象，叫作静电感应。 1、静电感应 1 + + + + + + + + A B + + + + + + + + _ _ _ _ + + + + A B 导体的两个侧面出现了等量异号的电荷。在导体的内部建立一个附加电场。 导体内部的场强E 就是E‘ 和E0 的叠加。 + + + + + + - - - - - - + - + + + + + + - - - - - - + + + + + + - - - - - - 开始， E’ E0 ，导体内部场强不为零，自由电子继续运动，E’ 增大。到E’= E0 即导体内部的场强为零，此时导体内没有电荷作定向运动，导体处于静电平衡状态。 2、静电平衡状态 2 用电场表示 导体内部任一点的电场强度为零； 导体表面处的电场强度，与导体的表面垂直。 3、静电平衡条件 3 E内= 0 E表 ? 表面 用电势表示： 导体是个等势体； 导体表面是等势面。 对于导体内部的任何两点A和B 对于导体表面上的两点A和B A B 等势面 二、静电平衡时导体上电荷的分布 在静电平衡时，导体内部的电场强度为零，所以通过导体内部任一高斯面的电场强度通量必为零 结论： 在静电平衡时，导体所带的电荷只能分布在导体的表面上，导体内部没有净电荷。 1、实心导体 1 ?内=0 S ? V E=0