《静电介质》PPT课件.pptVIP

静电场中的导体和电介质 本章主要内容 导体在静电场中的静电感应与平衡 电介质在静电场中的极化现象 电容器及电场能量 1静电场中的导体 静电感应 一 静电平衡 导体内部和表面都没有电荷作宏观定向运动的状态 3 电荷分布 二 静电平衡时导体的性质 结果 1 电场分布 2 电势分布 等势体等势面 其内部各处净电荷为零 净电荷只能分布在表面 其表面上各处的电荷面密度与当地表面外紧邻处的电场强度的大小成正比 P 孤立导体处于静电平衡时 它的表面各处的面电荷密度与各处表面的曲率有关 曲率越大的地方 面电荷密度也越大 由于Q q为等势体 所以 例2说明 静电屏蔽 三 导体壳 静电屏蔽 1 空腔内无电荷 是静电平衡时导体内部的场强为零这一规律在技术上的应用 2 空腔内有带电体 壳不接地 壳接地 外对内内对外 外对内内对外 例1 两块平行放置的面积为s的金属板 各带电量Q1 Q2 板距与板的线度相比很小 求 静电平衡下 金属板电荷的分布与周围电场的分布 若把第二块金属板接地 以上结果如何 四 有导体存在时 静电场的计算 解 电荷守恒 高斯定律 静电平衡条件 I II III P1 P2 Q1 Q2 解得 电场分布 I区 II区 III区 如果第二块板接地 则 4 0 电荷守恒 高斯定律 静电平衡条件 解得 例2 半径为R的金属球A 带总电量q 外面有一同心的金属球壳 内外半径分别为R2 R3 总电量为Q 求 此系统的电荷与电场分布 球与壳之间的电势差 如果用导线将球与壳连接一下 结果如何 若未连接时使内球接地 内球电荷如何 解 电场分布 球与壳之间电势差 当两导体用线相连 成为一个等势体 电荷只分布在外表面 物理意义 每升高单位电势所需的电量 单位 SI 2电容器电容 一 孤立导体的电容 二 电容器和电容 电容器 用来贮存电荷和静电能的由两个互相绝缘的导体构成的导体组 u 两极板间的电势差 基本步骤 设电容器两极板带 q的电量 计算板间的电场 计算板间电势差 计算电容 三 电容器电容的计算 例3计算平行板电容器的电容 s d 解 板间电场 板间电势差 平行板电容器的电容 例4计算球形电容器的电容 解 两极板间的电场 板间电势差 球形电容器的电容 例5圆柱形电容器的电容 R1 R2 R1 解 设两极板带有等量异号的电荷 q 板间电场 板间电势差 圆柱形电容器的电容 1 串联 2 并联 四 电容器的串 并联 例6C1 C2两电容分别标明 200PF500V 300PF900V 求 串联后等效电容C 把串联后的C1 C2加上1000V电压 是否被击穿 串联后 V1 V2 1000V V1 600V V2 400V 显然 V1 C1的额定电压 C1被击穿 V2 C2的额定电压 C2不会击穿 解 等效电容 3静电场中的电介质 一 电介质对电场的影响 分类 有极分子 无极分子 f f 分子电偶极矩 二 电介质的极化 把一块均匀电介质放到静电场中 电介质极化 在外电场作用下 电介质产生一附加电场或电介质出现束缚电荷的现象 介质内的电场 三 极化强度矢量 单位 SI 库仑 米2 四 极化强度矢量与极化电荷面密度的关系 1 Gauss定律 4电位移矢量和高斯定律 有介质时的高斯定理 对于各向同性电介质 实验表明 介电常数 例7平行板电容器 极板间充满 r电介质 板上电荷面密度 0 求 介质中E C介 C0 解 例8 P89例14 7 解 方向 沿径向 求 球外电场分布 贴近球表面上的束缚电荷总量 介质中的电场是由极化电荷q 与自由电荷q所产一的电场的叠加 例9平行板电容器两极板面积为S 极板间有两层电介质 介电常数分别为 1 2 厚为d1 d2 电容器极板上自由电荷面密度 求 各介质内的 电容器的电容 解 作Gauss面S 则 作Gauss面S d2 d1 1 2 两极板间的电势差 k a b 5静电场的能量 设某时刻 极板上所带电量为q 板间电压U q C 移动dq电量 外力克服电场力所作的功 仍以平行板电容器为例 能量密度 电场能量 例10 P90例14 8 解 R1 r R2内 求两极板间的总能量 例一 一个球半径为R 体电荷密度为 试利用电场能量公式求此带电球体系统的静电能 球内 球外空间 例二 一平板电容器面积为S 间距d 用电源充电后 两极板分别带电为 q和 q 断开电源 再把两极板拉至2d 试求 外力克服电力所做的功 两极板间的相互作用力 解 根据功能原理可知 外力克服