静电场中的介质.ppt

电容器的性能指标1、电容器的电容2、电容器的耐压能力当单个电容器不能满足实际电路需要时，可以把几个电容器联结起来使用。电容器的两种基本联结方法串联并联四、电容器的串联和并联?并联电容器的电容：等效令电容器并联电容增大，耐压能力受耐压能力最小的那个电容限制串联电容器的电容：等效令电容器串联耐压能力增大，电容减小***第四章静电场中的电介质§4.1、电介质对电场的影响§4.2、有介质时的高斯定理§4.3、电容器及其电容§4.4、电容器的能量及电场的能量+-§4.1电介质对电场的影响一.电介质的微观图象1.电介质：是由大量电中性的分子组成的绝缘体。②无极分子:无外电场作用时，正负电荷中心重合,整个分子无固有电矩①有极分子：正负电荷中心不重合，相当于电偶极子,存在固有电矩2.电介质的分子：例如，CO2、H2、N2、O2、He例如，H2O、Hcl、CO、SO21、无外场时有极分子无极分子因无序排列对外总体不呈现电性。电中性热运动---紊乱2、有电场时电介质分子的极化二、电介质分子对电场的影响取向极化?取向极化——有极分子的极化电场由于热运动，这种取向只能是部分的，遵守统计规律。无极分子的感应电矩约是有极分子固有电矩的10-5，方向与外加电场相同，外电场越强，感生电矩越大。感生电矩?位移极化——无极分子的极化电场+-三、极化电荷结论：极化的总效果是介质边缘出现电荷分布称呼：由于这些电荷仍束缚在每个分子中，所以称之为束缚电荷或极化电荷。外电场越强，电介质表面的束缚电荷越多描述极化强弱的物理量--极化强度单位一个分子的电偶极矩定义无极分子构成的电介质：电偶极子排列的有序程度反映了介质被极化的程度，排列愈有序说明极化愈强烈当介质未极化，电极化强度随外电场的增大而增大实验证明：当电介质中的电场不太强时，各种各向同性的电介质的电极化强度与场强成正比，方向相同。为电介质的相对介电常量电介质的击穿介电强度（P74）极化强度与极化电荷的关系1.小面元dS对面S内极化电荷的贡献在已极化的介质内任意作一闭合面SS将把位于S附近的电介质分子分为两部分一部分在S内，一部分在S外电偶极矩穿过S的分子对S内的极化电荷有贡献分子数密度外场在dS附近薄层内认为介质均匀极化如果???/2落在面内的是负电荷如果??/2落在面内的是正电荷所以小面元ds对面内极化电荷的贡献2.在S所围的体积内的极化电荷与的关系内介质外法线方向3.电介质表面极化电荷面密度小面元dS对面内极化电荷的贡献穿出小面元dS形成面分布的电荷四、电介质对电场的影响自由电荷产生的场束缚电荷产生的场为电介质的特征常数称为电介质的

相对介电常数真空中：空气中：无限大均匀介质中点电荷的场：电介质的

介电常数求:板内的场强。解:均匀极化表面出现束缚电荷内部的场由自由电荷和束缚电荷共同产生例2平行板电容器,自由电荷面密度为??0其间充满相对介电常数为?r的均匀的各向同性的线性电介质在真空中叠加该式普遍适用吗？得单独产生的场强为单独产生的场强为定义单位C/m2各向同性线性介质无直接物理含义一、电位移矢量e=e0er称为电介质的介电常数§4.2有介质时的高斯定理表达式：自由电荷代数和二、有介质时的高斯定理1）有介质时静电场的性质方程2）在解场方面的应用思路在具有某种对称性的情况下可以首先由高斯定理解出其间充满相对介电常数为?r的均匀的各向同性的线性电介质。求:板间的场强。解:均匀极化表面出现束缚电荷例1、平行板电容器,自由电荷面密度为??0由有介质时的高斯定理，得做如图所示高斯面由得E0为无介质存在时的场强§4.3电容器及其电容一.孤立导体的电容孤立导体的电势导体的一个重要性质就是具有一定的容纳电荷的能力，称为电容。++++++++QR孤立导体球的电势定义电容：2）SI单位：法拉（F）1）电容只与几何因素和介质有关，表示导体固有的容电本领真空中半径为R的孤立导体球的电容几何介质欲得到的电容孤立导体球的半径R=?由孤立导体球电容公式知：问题由孤立导体作电容不经济！真空中孤立导体球的电容二、电容器及其电容电容器：由两个相互隔开的金属导体组成，相对的两个面