b電容器電介質(zhì)資料

會(huì)計(jì)學(xué)1b電容器電介質(zhì)資料例3、(p40例12-4)求真空中半徑為R的孤立導(dǎo)體球的電容。設(shè)導(dǎo)體球帶電Q，選無窮遠(yuǎn)處為電勢零點(diǎn)，則導(dǎo)體球電勢為孤立導(dǎo)體球電容為：二、電容器及其電容電容器(capacitor)

：任何兩個(gè)彼此相隔一定距離而又彼此絕緣的導(dǎo)體組合。第1頁/共35頁定義：C=Q/U

為電容器的電容。式中，Q——任意一導(dǎo)體電量的絕對(duì)值，U=(U+-U-)

——兩導(dǎo)體間的電勢差。幾種常見電容器電容的計(jì)算：1、平板電容器:(板面線度遠(yuǎn)大于d)d++++----+Q-QABS第2頁/共35頁2、球形電容器:兩球殼間場強(qiáng)：兩球面間的電勢差為3、柱形電容器(自己推導(dǎo)！見書p42-43)三、電容器的串、并聯(lián)(見書p43)1、串聯(lián)：電容變小，耐壓增加第3頁/共35頁2、并聯(lián)：電容增大§12-3傳導(dǎo)電流1、電流和電流強(qiáng)度（1）電流——電荷有規(guī)則的定向運(yùn)動(dòng)而形成。形成電流的電荷又叫載流子。規(guī)定正電荷流動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较?。?頁/共35頁（2）傳導(dǎo)電流與運(yùn)流電流傳導(dǎo)電流——帶電粒子在導(dǎo)體中的有規(guī)則運(yùn)動(dòng)形成。運(yùn)流電流——帶電體（或帶電粒子）作機(jī)械運(yùn)動(dòng)（如平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)等）所形成。（3）電流強(qiáng)度（4）I與載流子的關(guān)系vdtIS粒子數(shù)密度為n橫截面設(shè)各粒子電量均為q，速度均為.第5頁/共35頁2、電流密度(currentdensity)對(duì)細(xì)導(dǎo)線用電流強(qiáng)度就夠了。對(duì)大塊導(dǎo)體，還需用電流密度來進(jìn)一步描述電流的分布。IdIdS⊥在導(dǎo)體中某點(diǎn)取一與電流方向⊥的面元dS⊥（其正法線與該點(diǎn)的同向），則定義電流密度：（1）(體)電流密度（2）面電流密度：第6頁/共35頁3、恒定電流(穩(wěn)恒電流)對(duì)任意曲面S：dIθ對(duì)任意小面元，若S為閉合曲面，則選正法線向外，則若導(dǎo)體內(nèi)任意閉合曲面S都有：我們把此時(shí)的電流稱為恒定電流(穩(wěn)恒電流)——電流不隨時(shí)間變化。第7頁/共35頁§12-4電動(dòng)勢(electromotiveforce

簡寫作emf)一、非靜電力靜電場中：導(dǎo)體1導(dǎo)體2有瞬間電流

非穩(wěn)恒需要一種非靜電力——能將正電荷從低電勢處送回高電勢處，用以補(bǔ)償靜電力作用時(shí)高電勢處正電荷的耗損，

這樣，電路中才能產(chǎn)生穩(wěn)恒電流——電源，就是能夠提供這種非靜電力的裝置（能夠不斷地把其它形式的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽５?頁/共35頁正電荷能沿回路環(huán)繞一周形成閉合電流就是由于非靜電力()的存在。定義非靜電場強(qiáng)：二、電動(dòng)勢——定量描述電源內(nèi)非靜電力作功的本領(lǐng)定義：電源電動(dòng)勢ε，定義為把單位正電荷從負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部移送到正極的過程中，非靜電力的功。即：(內(nèi))(內(nèi))q——載流子電量第9頁/共35頁對(duì)靜電力，對(duì)非靜電力，電動(dòng)勢ε是標(biāo)量。為方便計(jì)，約定：自負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部到正極的方向?yàn)殡妱?dòng)勢的方向。+-有些情況下，非靜電場強(qiáng)存在于整個(gè)電流回路中，此時(shí)回路(L)中的總電動(dòng)勢為12.3.2(p45)自學(xué)，了解；12.3.3(p46)不要求；12.4.2(p48)不要求；12.4.3(p49)不要求第10頁/共35頁§13-1電介質(zhì)的極化(polarizationofdielectric)極間充滿各向同性均勻電介質(zhì)：+Q-QE-Q+QE0r

介質(zhì)的相對(duì)介電常量（相對(duì)電容率）

(relativepermittivity)r與介質(zhì)種類和狀態(tài)有關(guān)。真空電介質(zhì)空氣r1第13章電介質(zhì)(只討論各向同性均勻電介質(zhì))一、電介質(zhì)對(duì)電場的影響第11頁/共35頁二、電極化現(xiàn)象在外電場的作用下，均勻電介質(zhì)在⊥場強(qiáng)方向上的兩個(gè)側(cè)面出現(xiàn)等量異號(hào)電荷——極化電荷（束縛電荷），這種現(xiàn)象，叫電介質(zhì)的極化。介質(zhì)內(nèi)：極化電荷——與導(dǎo)體中的自由電荷相對(duì)應(yīng)，不能用傳導(dǎo)的方法引走。第12頁/共35頁帶靜電的梳子為什么能吸引水柱？第13頁/共35頁三、介質(zhì)極化的微觀模型1、有極分子(polarmolecule)電介質(zhì)：

無外場時(shí)，分子正、負(fù)電荷的“重心”分開，每個(gè)分子可等效為一個(gè)電偶極子，具有固有電矩，如:水，HCl，NH3

…

由于熱運(yùn)動(dòng)，∴對(duì)外不顯電性。p轉(zhuǎn)向極化說明：由于熱運(yùn)動(dòng)，不是都平行于.pθ雜亂有序+++---第14頁/共35頁2、無極分子(nonpolarmolecule)電介質(zhì)：

無外場時(shí)，分子正、負(fù)電荷的“重心”重合，無固有電矩。如：H2

，N2，He，CO2，

CH4

…撤去外電場分子排列恢復(fù)無序，對(duì)外不顯電性。++++----位移極化撤去外電場正、負(fù)電荷的“重心”重合。對(duì)外不顯電性第15頁/共35頁13.2(p54-56)不要求；13.3.3(p57)不要求；13.4.1(p58)不要求；13.4.3(p59)不要求§13-3介質(zhì)中靜電場的規(guī)律可以證明，在電介質(zhì)存在的情況下，靜電場的環(huán)路定理和高斯定理依舊成立：(Gauss面內(nèi)可能有自由電荷q0和極化電荷q′)但q′很難確定，可以證明：第16頁/共35頁§13-4電位移矢量為方便計(jì)算，引入輔助量.定義：

電位移通量(通量)：——的高斯定理高斯面內(nèi)自由電荷的代數(shù)和也可引入電位移線和電位移通量。第17頁/共35頁與極化電荷無關(guān)均勻電介質(zhì)充滿存在電場的全部空間時(shí)，上述結(jié)論成立。電位移線起自正自由電荷，止于負(fù)自由電荷。任何兩條電位移線在無自由電荷的空間不相交。平板電容器中充有各向同性均勻電介質(zhì)：第18頁/共35頁真空中各向同性均勻電介質(zhì)中設(shè)，則介質(zhì)中點(diǎn)電荷場的電勢介質(zhì)中平板電容器內(nèi)場強(qiáng)：▲對(duì)于電力、場強(qiáng)、電勢、電容：介質(zhì)中平板電容器電容：介質(zhì)(為各向同性均勻電介質(zhì)，下同)中庫侖定律：第19頁/共35頁§13-5靜電場的能量

13.5.1(p60)不要求，13.5.2(p61)不要求一、電容器儲(chǔ)能當(dāng)電容器帶電后，同時(shí)也儲(chǔ)存了能量。用下面的方法給平板電容器帶電：至t時(shí)刻，電容器已帶電q，兩極板間電勢差為u，此時(shí)若再移動(dòng)dq，外力作功為

dA=udq=(q/C)dq第20頁/共35頁最后，使電容器帶電Q

，則外力所作總功為外力作的功全部儲(chǔ)存在電容器中。電容器的能量：（適用于任意的電容器）第21頁/共35頁二、靜電場的能量以平板電容器為例：此式表明電容器的能量儲(chǔ)存于電場中。1、電場能量密度we(普適公式)電容器內(nèi)電場的體積2、電場的能量dV內(nèi)的能量：電場的總能量第22頁/共35頁例1.(書p63,例13-3)一均勻帶電球面，半徑為R，總電量為Q，求這一帶電系統(tǒng)的靜電能。解：均勻帶電球面可看作孤立導(dǎo)體電容器，則方法2：在帶電球面外取一半徑為r-r+dr的同心薄球殼，其體積為dV=4r2dr，其電場能量為思考半徑、電量均相同的均勻帶電球面和球體，哪個(gè)靜電能大？(球體的大)第23頁/共35頁例2.(學(xué)習(xí)指導(dǎo)p164,13)

C1和C2兩空氣電容器并聯(lián)后接電源充電。在電源保持聯(lián)接的情況下，在C1中插入一電介質(zhì)板，則（）(A)

C1極板上電量增加，C2極板上電量減少。(B)

C1極板上電量減少，C2極板上電量增加。(C)

C1極板上電量增加，

C2極板上電量不變。(D)

C1極板上電量減少，C2極板上電量不變。C1C2ε第24頁/共35頁C1C2ε解：

U1=U2=不變在C1中插入一電介質(zhì)板后，

C2不變

Q2不變選(C).思考若充電后電源斷開，在C1中插入電介質(zhì)板，情況？

Q1+Q2

不變

且U1=U2C2不變第25頁/共35頁例3.(學(xué)習(xí)指導(dǎo)p169,37)兩個(gè)電容器1和2，串聯(lián)后接上電動(dòng)勢恒定的電源充電。在電源保持聯(lián)接的情況下，若把電介質(zhì)充入電容器2中，則電容器1上的電勢差_______；電容器1極板上的電量______.（填增大、減小、不變）C1C2ε++--Q2Q1

U2

U1解：在C2中充入電介質(zhì)后，

C1不變，第26頁/共35頁例4.有兩個(gè)直徑相同帶電量不同的金屬球，一個(gè)是實(shí)心的，一個(gè)是空心的.現(xiàn)使兩者相互接觸一下再分開，則兩導(dǎo)體球上的電荷[](A)不變化.(B)平均分配.(C)集中到空心導(dǎo)體球上.(D)集中到實(shí)心導(dǎo)體球上.導(dǎo)體靜電平衡時(shí)，電荷只分布在表面∴此題中，電荷的分布與實(shí)心、空心無關(guān)。接觸后，兩金屬球等電勢兩球半徑不同，又如何？選(B).第27頁/共35頁例5.(學(xué)習(xí)指導(dǎo)p165,15)一個(gè)大平行板電容器水平放置，兩極板間的一半空間充有各向同性均勻電介質(zhì)，另一半為空氣，如圖。當(dāng)兩極板帶上恒定的等量異號(hào)電荷時(shí)，有一質(zhì)量為m、帶電量為+q的質(zhì)點(diǎn)，平衡在極板間的空氣區(qū)域中。此后，若把介質(zhì)抽去，則該質(zhì)點(diǎn)（）(A)保持不動(dòng).(B)向上運(yùn)動(dòng).(C)向下運(yùn)動(dòng).(D)是否運(yùn)動(dòng)不能確定.-Q+Qm+q第28頁/共35頁Q不變,但C變，∴U變。質(zhì)點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)-Q+Qm+q解：把介質(zhì)抽去前后，抽去前:抽去后:第29頁/共35頁例6.(學(xué)習(xí)指導(dǎo)p165,14)兩只電容器，C1=8F，C2=2

F

，分別把它們充電到1000V，然后將它們反接（如圖所示），此時(shí)兩極板間的電勢差為（）(A)0V(B)200V(C)600V(D)1000V.C1C2++--C1C2++--反接前：各極板電量如圖所示：此為反接后相連兩板總電量的絕對(duì)值。解：第30頁/共35頁C1C2+-+-反接后：相連兩板等電勢各極板電量如圖所示：選(C).此題也可把此兩電容器看作并聯(lián)來處理。第31頁/共35頁例7.(學(xué)習(xí)指導(dǎo)p164,12)三塊互相∥的導(dǎo)體板，相互間的距離d1和d2比板面積線度小得多，外面二板用導(dǎo)線連接。中間板上帶