電容器和電介質(zhì)新

電容器和電介質(zhì)新第一頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一§9.1電容器及電容9-1-1孤立導(dǎo)體的電容導(dǎo)體具有儲(chǔ)存電荷的本領(lǐng)電容：孤立導(dǎo)體所帶電量q與其電勢(shì)V的比值。法拉（F=C·V-1）尖端放電：第二頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一例：孤立導(dǎo)體球孤立導(dǎo)體球的電容為：電勢(shì)：孤立導(dǎo)體的電容僅取決于導(dǎo)體的幾何形狀和大小，與導(dǎo)體是否帶電無(wú)關(guān)。地球的電容：R第三頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一9-1-2電容器電容器：

一種儲(chǔ)存電能的元件。由電介質(zhì)隔開的兩塊任意形狀導(dǎo)體組合而成。兩導(dǎo)體稱為電容器的極板。電容器的符號(hào)：電容器電容：極板電量q與極板間電勢(shì)差VAB之比值。第四頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一按形狀：柱型、球型、平行板電容器按結(jié)構(gòu)：固定、可變、半可變電容器按介質(zhì)：空氣、塑料、云母、陶瓷等特點(diǎn)：非孤立導(dǎo)體，由兩極板組成

電容器分類第五頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一9-1-3電容器的計(jì)算1、平板電容器d+++++-----BA-q+qES電容：第六頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一2.球形電容器RARB當(dāng)（孤立導(dǎo)體球的電容）當(dāng)?shù)谄唔?yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一RARB3.圓柱形電容器由介質(zhì)高斯定理計(jì)算得：lr第八頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一圓柱形電容器電容：設(shè)極板間距為d，

RB=

RA+d當(dāng)d<<RA時(shí)（）RARB第九頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一計(jì)算電容器電容的步驟：1、計(jì)算極板間的場(chǎng)強(qiáng)E2、計(jì)算極板間的電勢(shì)差3、由電容器電容定義計(jì)算C第十頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一9-2電容器的聯(lián)接1.電容器的串聯(lián)C1C2CnVAB設(shè)各電容帶電量為q串聯(lián)電容器的等效電容的倒數(shù)等于各電容的倒數(shù)之和。結(jié)論：…等效電容：第十一頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一2.電容器的并聯(lián)C1C2C3VAB總電量：等效電容：并聯(lián)電容器的等效電容等于個(gè)電容器電容之和。結(jié)論：…第十二頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一9.3介電質(zhì)對(duì)電場(chǎng)的影響分子中的正負(fù)電荷束縛的很緊，介質(zhì)內(nèi)部幾乎沒有自由電荷。電介質(zhì)的特點(diǎn)：電介質(zhì)：電阻率很大，導(dǎo)電能力很差的物質(zhì)，即絕緣體。（常溫下電阻率大于107歐·米）9.3.1電介質(zhì)及其特點(diǎn)第十三頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一電介質(zhì)對(duì)電場(chǎng)的影響相對(duì)電容率相對(duì)電容率電容率+++++++-------+++++++-------第十四頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一H4C兩大類電介質(zhì)分子結(jié)構(gòu)：分子的正、負(fù)電荷中心在無(wú)外場(chǎng)時(shí)重合。不存在固有分子電偶極矩。1.無(wú)極分子：=9.4電介質(zhì)的極化第十五頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一H2O分子的正、負(fù)電荷中心在無(wú)外場(chǎng)時(shí)不重合，分子存在固有電偶極矩。2.有極分子：=電偶極子第十六頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一1、無(wú)極分子的位移極化±±±±±±±±±±±±±±±E在外電場(chǎng)的作用下，介質(zhì)表面產(chǎn)生的電荷稱為極化電荷或稱束縛電荷。此現(xiàn)象稱為電介質(zhì)的極化。+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-

無(wú)極分子在外場(chǎng)的作用下由于正負(fù)電荷發(fā)生偏移而產(chǎn)生的極化稱為位移極化。第十七頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-2、有極分子的轉(zhuǎn)向極化+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-EoFF+-Eo

有極分子在外場(chǎng)中發(fā)生偏轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的極化稱為轉(zhuǎn)向極化。第十八頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一四極化電荷與自由電荷的關(guān)系+++++++++++----------------+++++外電場(chǎng)：極化電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)：介質(zhì)內(nèi)的電場(chǎng)：第十九頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一+++++++++++----------------+++++END結(jié)論:由于電介質(zhì)的極化,電介質(zhì)的表面出現(xiàn)了與鄰近板符號(hào)相反的束縛電荷,束縛電荷也在兩極板間產(chǎn)生電場(chǎng),極化后介質(zhì)內(nèi)部總場(chǎng)強(qiáng)削弱第二十頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一9.5有介質(zhì)時(shí)的高斯定理封閉曲面S所包圍的自由電荷。封閉曲面S所包圍的極化電荷。極化電荷難以測(cè)得E0EE=+′E0.dS=sòòqiε0ΣE’.dS=sòòε0qiΣ′第二十一頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一自由電荷第二十二頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一定義電位移矢量：介質(zhì)中的高斯定理：在靜電場(chǎng)中，通過(guò)任意封閉曲面的電位移通量等于該曲面所包圍的自由電荷的代數(shù)和。注意：電位移矢量是一個(gè)輔助量。描寫電場(chǎng)的基本物理量是電場(chǎng)強(qiáng)度。只適用于各向同性的均勻介質(zhì)。第二十三頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一放入介質(zhì)時(shí)的E

線未放入介質(zhì)時(shí)極化后介質(zhì)內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)削弱的E0線自由電荷與極化電荷共同產(chǎn)生場(chǎng)第二十四頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一放入介質(zhì)時(shí)的D

線未放入介質(zhì)時(shí)的D0線介質(zhì)中無(wú)自由電荷，所以D線是連續(xù)的。第二十五頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一有介質(zhì)時(shí)靜電場(chǎng)的計(jì)算1.根據(jù)介質(zhì)中的高斯定理計(jì)算出電位移矢量。2.根據(jù)電場(chǎng)強(qiáng)度與電位移矢量的關(guān)系計(jì)算場(chǎng)強(qiáng)。第二十六頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一+dd12ε0εrBA+++++D1D2EE12σσ[例]一平行板電容器，其中填充了一層介質(zhì)，尺寸如圖，介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)為εr。D1D2,,EE12,；1.用介質(zhì)中高斯定理求：2.求：AB；AB；VV第二十七頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一dd12ε0εrBA+++++D1++++σσσ+=+00DS=S1D=σ1D=dS.DdS上.DdS下.DdS側(cè).++sòòòòòòòòE=1Dε0εr1Dε01==σε0S高斯面是取向外為正方向第二十八頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一D=σ2σAdd1ε0εrB+++++D2++++σ2D=dS.DdS上.DdS下.DdS側(cè).++sòòòòòòòò+=+00DdS上.2cos180oòòεεE=D20r2εε=0rσσS=DS=2S第二十九頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一εε0ε0σσ=dd12+rεε=ε0σdlACdlCB+0rσòò=VVABdlE.AC1dlE.CB2+òòE2εε=0rσE1=σε0+dd12ε0εrBA+++++D1D2EE12σσ第三十頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一例2.一平行板電容器充以兩種不同的介質(zhì)，每種介質(zhì)各占一半體積。求其電容量。解：并聯(lián)第三十一頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一

d1d2例4.一平行板電容器，中間有兩層厚度分別為d1和d2的電介質(zhì)，它們的相對(duì)介電常數(shù)分別為r1和r2，極板面積為S。求電容。解：第三十二頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一例5.球形電容器由半徑為R1的導(dǎo)體球和內(nèi)半徑為R3的導(dǎo)體球殼構(gòu)成，其間有兩層均勻電介質(zhì)，分界面的半徑為R2，相對(duì)介電常數(shù)分別為r1和r2。求：電容。R1R2R3r1r2解：介質(zhì)1介質(zhì)2第三十三頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一R1R2R3r1r2介質(zhì)1介質(zhì)2第三十四頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一9.6電容器的能量-q+qVAB++dq因?yàn)樗缘谌屙?yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一6-4-3電場(chǎng)的能量電能是儲(chǔ)存在（定域在）電場(chǎng)中電容器體積：V=Sd以平板電容器為例：第三十六頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一