大学物理课件介质及电容.pptVIP

第十五章电容及电介质一、电容及电容器二、静电场中的电介质四、静电场的能量三、电容器储能§1电容及电容器一.孤立导体的电容电容只与结构有关，是导体固有的容电本领孤立导体的电势定义：升高单位电压所需的电量为该导体的电容。单位：[库仑/伏特]称作法拉1F=1C/V例：求真空中孤立导体球的电容(如图)导体球电势导体球电容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！二.导体组的电容腔内导体表面与壳的内表面形状及相对位置设定义几何条件导体壳内部的场只由腔内的电量和

几何条件决定(相当于孤立导体)电容的计算：内表面为导体组的电容——

电容器的电容???典型的电容器平行板电容器球形

电容器柱形

电容器球形电容器：当电容只与结构有关平行板电容器:电容只与结构有关柱形电容器:设单位长度带电量为电容只与结构有关三、电容器的串联和并联1.并联电容器的电容：等效令2.串联电容器的电容：等效令?§2电介质对电场的影响一.电介质的微观图象无外电场时：有极分子无极分子1.电介质：是由大量电中性的分子组成的绝缘体。①无极分子:无外电场作用时，正负电荷中心重合②有极分子：正负电荷中心不重合，相当于电偶极子2.电介质的分子：例如，CO2、H2、N2、O2、He因无序排列对外总体不呈现电性。例如，H2O、Hcl、CO、SO2二、电介质的极化位移极化取向极化?位移极化——无极分子的极化主要是电子发生位移?取向极化——有极分子的极化由于热运动，这种取向只能是部分的，遵守统计规律。电场电场三、极化电荷在外电场中，均匀介质内部各处仍呈电中性，但在介质表面要出现电荷，这种电荷不能离开电介质到其它带电体，也不能在电介质内部自由移动。称它为束缚电荷或极化电荷。在外电场中，出现束缚电荷的现象叫做电介质的极化。位移极化情况取向极化情况四、电介质对电场的影响是电介质的特征常数，称为电介质的

相对介电常数真空中：空气中：无限大均匀电介质中点电荷的场：电介质的

介电常数自由电荷电场中的高斯定理：考虑所有电荷产生的场：称为：电位移矢量有介质存在时的Gauss定理五.有介质存在时的Gauss定理电介质可增大电容量!01真空中：02有介质时：03六、有电介质时电容器的电容平行板电容器：电介质的击穿及耐压电容器的种类：纸介、云母、陶瓷、涤纶、独石、聚四氟乙烯（CB）、电解电容等球形电容器：七、电介质的特殊效应压电效应：一些离子健晶体因外力作用而产生形变?发生极化?产生电压?压电效应压电晶体（石英、半导体晶体、压电陶瓷等）应用：机械振动?电振动

话筒、电唱针、压电传感器电致伸缩：压电效应的逆效应石英等晶体在电场作用下由于极化而产生形变

（伸长、缩短）——电致伸缩效应应用：电振动?机械振动

耳机、扬声器、石英晶体振荡器

（简称“晶振”，f高度稳定）超声波换能器（传感器）§3电容器储能和静电场能量一、电容器储存的能量电容器充电过程可以等效为：将dq电荷从负极板移到正极板的过程电场力做功：电容器储能为：电容器储存的能量存在于两极板之间的电场之中二、静电场的能量平板电容器能量密度：静电场能量密度：静电场能量：电位移矢量：例：一个导体球半径为R，带电Q

试求此带电球体系统的静电能。例.一球形导体，带电量q，置于一任意形状的空腔导体中，当用导线将两者连接后，与末连接前相比系统静电能将[C](A)不变；(B)增大；(C)减小；(D)如何变化无法确定。