大学物理A第三篇第十二章课件

1、大学物理A (下册)第12 章 电容器和电介质回顾：静电场的基本知识 电场强度 电势场强叠加原理 高斯定律电势叠加原理 电势定义12.1 电容器及其电容12.2 电容器的联接12.3 电介质对电场的影响12.4 电介质的极化12.5 D矢量及其高斯定律12.6 电容器的能量12.7 电介质中电场的能量第12 章 电容器和电介质12.1 电容器及其电容一. 电容器 靠近的两个导体带电时会通过它们的电场相互发生影响形成电容器。AB+BA二. 电容器的电容 Q+-Q12.1 电容器及其电容三. 电容器电容的计算 1、计算步骤：2）计算极板间的电势差：1）设电容器充电 Q ，求极板间的场强分布：3）由

2、电容器电容定义计算电容：12.1 电容器及其电容2、几种常见电容器电容的计算：（1）平行板电容器-d+BAS12.1 电容器及其电容（2）球形电容器RARBRARBR1R2Q-Q12.1 电容器及其电容lR1R2（3）圆柱形电容器hr12.1 电容器及其电容（4）孤立导体的电容例：求孤立导体球的电容：12.1 电容器及其电容四. 电容器的性能指标 1电容的大小2耐(电)压能力12.1 电容器及其电容一. 并联（没有提高耐压值）12.2 电容器的联接U相等q 相等二. 串联（提高耐压值）12.2 电容器的联接例12.1 电容器的混联 三个电容器C1=20F, C2=40F,C3=60F,联接如图

3、，求这一组合的总电容。如果在A、B间加电压U=220V,则各电容器上的电压和电量各是多少？解:BAC3C1C2+-12.3 电介质对电场的影响一. 实验 +QQ+QQ静电计测电压 电介质是由大量电中性的分子组成的绝缘体。 插入电介质前后，极板带电量Q不变，两极板间的电压分别用U0 、U 表示，有： 是一个大于1的常数，其大小随电介质的种类和状态的不同而不同，是电介质的特征常数称为电介质的相对电容率（或相对介电常量）电介质的电容率12.3 电介质对电场的影响二. 加入电介质后如何求总电容 并联串联串并联12.3 电介质对电场的影响串联并联12.3 电介质对电场的影响解:例12.3 一平行板电容器

4、的极板面积为S，板间由两层相对介电常量为 和 的电介质充满，二者厚度都是板间距离d 的一半。求此电容器的电容。12.3 电介质对电场的影响12.4 电介质的极化 电介质是由大量电中性的分子组成的绝缘体。分子中的正负电荷束缚很紧，介质内部几乎没有自由电荷。紧束缚的正负电荷在外场中要发生变化。一. 电介质1、电荷重心模型e-ee-e-2e2e+-2、电介质分子（1）极性分子（有极分子） 分子的正、负电荷“重心”在无外场时不重合，分子存在固有电偶极矩(固有电矩)。如：HCl、H2O、CO等。-q+q=O-H+H+H2O+不显电性取向极化+12.4 电介质的极化（2）非极性分子（无极分子） 分子的正、

5、负电荷“重心”在无外场时重合，无固有电矩，但在外电场作用下，两种电荷的重心会分开一段微小距离，产生感生电矩。如：He、H2、N2、O2、CO2、CH4 。=C-H+H+H+H+CH4不显电性位移极化+12.4 电介质的极化二. 电介质的极化过程1、非极性分子的位移极化+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-E0-+E012.4 电介质的极化2、极性分子的取向极化FF+-E0+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-E0-+E012.4 电介质的极化3、电介质的极化4、电介质极化的宏观效果 在外电场的作用下，电介质表面出现束缚(或

6、极化)电荷的现象称为电介质的极化。5、电介质的击穿 当外电场很强时，束缚电荷变成可以自由移动的电荷，电介质的绝缘性能遭到破坏而变成导体，此现象称为电介质的击穿。介质所能承受的不被击穿的最大电场强度称为介电强度或击穿场强。12.4 电介质的极化金属导体和电介质比较有大量的自由电子基本无自由电子，正负电荷只能在分子范围内相对运动“电子气”电偶极子静电感应有极分子电介质:无极分子电介质:取向极化位移极化静电平衡产生极化电荷金属导体特征电介质（绝缘体）模型与电场的相互作用宏观效果12.4 电介质的极化+Q-Q+Q-Q-+E0E解:E联立解得:例12.2 一平行板电容器板间充满相对介电常量为 的电介质。

7、求当它带电量为Q时，电介质两表面的面束缚电荷是多少？12.4 电介质的极化12.5 D矢量及其高斯定律真空中：介质中： 在有电介质的电场中，通过任意闭合曲面的电位移通量等于该曲面所包围的自由电荷的代数和。一. 电位移矢量二. 介质中的高斯定律12.5 D矢量及其高斯定律12.6 电容器的能量一. 电荷系的静电能 （相互作用能）1. 两点电荷系：q1rq22. n 个点电荷系：3. 连续分布的电荷系的相互作用能dq12.6 电容器的能量二. 电容器的能量12.6 电容器的能量+ + + + + + + + + +-AB+Q-QBUAU12.6 电容器的能量以平行板电容器为例，略去边缘效应：+ + + + + + + + + +-AB+Q-QBUAU12.7 电介质中电场的能量 电荷系的能量是电荷系各个部分电荷之间的相互作用能, 而电荷之间是通过电场产生相互作用, 所以从场的观点看,电荷系的能量是在空间产生的电场的能量。 电磁波的传播过程就是电场能量的传输过程。 一般地，电场中电场强度为E 的地方, 电场的能量密度为 电场中某空间范围V内所包含的电场能量为 12.7 电介质中电场的能量例 12.4 一球形电容器，内外球的半径分别为