《电容器和电解质》PPT课件.ppt

电容器,和电解质,1、电容器的电容,12-1 电容器及其电容,电容使导体升高单位电势所需的电量。,单位：法拉（F）、微法拉（F）、皮法拉（pF）,固有的容电本领,电容只与几何因素和介质有关,典型的电容器,设,电容的计算的一般思路：从定义出发,2、电容器电容的计算,平行板电容器,已知：S、d、0,设A、B分别带电+q、-q,A、B间场强分布,电势差,由定义,讨论,球形电容器,已知,设+q、-q,场强分布,电势差,由定义,圆柱形电容器,已知：,设,场强分布,电势差,由定义,例 平行无限长直导线 已知:a、d、d a 求:单位长度导线间的C,解: 设,场强分布,导线间电势差,电容,孤立导体的电容：,孤立导体：附近没有其他导体和带电体,孤立导体的电容,孤立导体球的电容C=40R,半径为R的孤立带电导体球的电势,三.有介质时的电容器的电容,自由电荷,有介质时,电容率，相对介电常数,将真空电容器充满某种电介质,电介质的电容率（介电常数）,平行板电容器,同心球型电容器,同轴圆柱型电容器,*三、电容器的串并联,串联等效电容,并联等效电容,串联电量相等,并联电压相等,一、无极分子及有极分子,无极分子：分子正负电荷中心重合；,甲烷分子, 12-4 电介质及其极化,水分子,有极分子：分子正负电荷中心不重合。,1. 无极分子的位移极化,无外电场时， 分子正负电荷中 心重合，介质不 带电。,二、介质的极化,无外电场时，由于无极分子正负电荷中心 重合，介质任何部分都不出现净电荷。,无外电场时，由于无极分子正负电荷中心 重合，介质任何部分都不出现净电荷。,加上外电场后，正负电荷中心分开在介质 左右的两个端面上出现极化电荷层。,E,外,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,加上外电场后，正负电荷中心分开在介质 左右的两个端面上出现极化电荷层。,无外电场时，由于无极分子正负电荷中心 重合，介质任何部分都不出现净电荷。,2. 有极分子的转向极化,在此力矩作用下，使电矩方向转向和外 电场方向一致。,有极分子的电偶极矩在外电场中要受到 一力矩作用。,2. 有极分子的转向极化,在此力矩作用下，使电矩方向转向和外 电场方向一致。,有极分子的电偶极矩在外电场中要受到 一力矩作用。,无外电场时，有极分子电矩取向不同， 整个介质不带电。,加上外电场后，电矩受力矩作用而发 生转向，,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,无外电场时，有极分子电矩取向不同，整个介质不带电。,加上外电场后，电矩受力矩作用而发生转向，,在介质左右两端面上出现极化电荷。,电介质的击穿：电压太大，正负电荷分离，形成自由移动的电荷，介电质的绝缘性被破坏。,三、电极化强度,实验指出：,击穿场强：所能承受的不被击穿的最大场强,四、有电介质时的高斯定理,电位移矢量,真空中,介质中,介质中的高斯定理,通过任意闭合曲面的电位移通量，等于该闭合曲面所包围的自由电荷的代数和。,电位移线,大小:,线,线,3. 求此电容器之电容。, 练习 一平行板电容器，其中填充了一 层介质，尺寸如图，介质的相对介电常数为,=,U,U,A,B,d,l,E,.,A,C,1,d,l,E,.,C,B,2,+,例 3 已知平板式电容器的的板面积为S, 板距为d, 两板中充有相对介电常数分别为r1、r2。求此电容器的电容。,方法一:,12.6和12.7 电容器和电场的能量,1.电容器的能量,K,电容器带电时具有能量，实验如下：,将K倒向a 端 电容充电,再将K到向b端,灯泡发出一次强的闪光!,能量从哪里来？, 电容器释放。,当电容器带有电量Q、相应的 电压为U时，所具有的能量W=？,14,利用放电时电场力作功来计算：,放电到某t时刻，极板还剩电荷q，极板的电位差：,将(dq)的正电荷从正极板 负极板，电场力作功为：,即电容器带有电量Q时具有的能量：,可见： C也标志 电容器储能的本领。,这些能量存在何处,？,2.电场的能量,以平行板电容器为例：,能量储存在电场中,(1) 电场能量密度,单位体积内所储存电场能量：,(2) 电场能量,任何带电系统的电场中所储存的总能量为：,V,电场