5静电场中的电介质、电容(45学时).ppt

1、(静电场中的电介质)，静电场中的电介质，带静电的梳子吸引水柱，静电场中的电介质，电子被束缚在它们所属的原子核周围或夹在它们之间，这些电子可以相互交换位置，但不能四处移动，这称为非导体或绝缘体。电介质，从它们在电场中的行为来看：有位移极化和转向极化。下面将逐一讨论。从电学性质来看，电介质分子可以分为两类：非极性分子和极性分子。电介质的极化，它是电的绝缘体。没有自由电子，没有导电性。电介质分子可以分为极性和非极性类型：(1)正负电荷等效中心重合的无电极分子(如H2、CH4、CO2)称为。在电场中，非极性分子的正负电荷中心会被拉离一定距离，从而产生感应电偶极矩，这就是所谓的位移极化。(1)电介质的极

2、化；(2)正电荷等效中心和负电荷等效中心不重合的极性分子(如盐酸、H2O、NH3)称为极性分子。当极性分子处于电场中时，固有的电偶极矩将转向电场方向，这就是所谓的转向极化。(1)在静电场，极性分子也有位移极化，但主要转向极化；(2)由于热运动，它们并非都彼此平行。电场越强，排列越有序。总之，无论哪种电介质，尽管极化机制不同，电场中还是有极化的，极化电荷(也叫束缚电荷)就会出现。正是这些极化电荷的电场削弱了电介质中的电场。注：在外部电场中，均匀介质的所有部分仍然是电中性的，极化电荷只出现在电介质的表面。在各向同性均匀介质中，介质内部的总场强称为相对介电常数。不需要极化强度和极化表面电荷。1.高斯

3、定律的推导，真空的高斯定律，自由电荷和束缚电荷，我们试图用方程来代替它。问题：当有电介质时，如何找到？介质，定义：电位移矢量电位移，介质中的高斯定理，通过任何封闭表面的电位移通量等于封闭表面中自由电荷的代数和。物理意义、自由电荷和电位移是简化计算的辅助向量。它比真空中的高斯定律更普遍。当没有电介质时，即r=1，它将在真空中转变为高斯定律。如果电场有一定的对称性，我们首先可以从高斯定理中找到它；然后找出答案。称为电介质的性能方程。求场强的方法，当电场具有一定对称性时，可用高斯定律逐点对应！高斯定律的解释：例子：在半径为R1的金属球外，有一个内外半径为R1和R2的均匀介质层。介质的相对介电常数为r

4、，金属球带电q，因此我们可以计算：(1)介质层内外的电场强度，(2)介质层内外的电势，(3)金属球的电势。解答：根据介质中的高斯定理，该公式适用于导体外的介质和电介质外的真空区。当电介质填充两个等电位面之间的空间时，该空间的场强等于真空中场强的1/r倍。带电表面两侧的场强突然变化，这是表面电荷分布电场的一个共同特征(普遍性)。场强分布曲线，一般结论：*，当有介质时，必须用场强积分的方法计算。(2)计算介电层内外的电势。1.孤立导体的电容，孤立导体：导体周围没有其他导体或带电体的导体。理论和实验表明，孤立导体的电势与其电荷成正比。定义：孤立导体的电容为：隔离导体的电容只与导体的尺寸和几何形状有关

5、真实含义：隔离导体储存电荷的能力，电容，半径为r的隔离导体球的电容，把地球当成导体球，法拉是一个大单位！2。电容器的电容，对于非绝缘导体A，它也受到周围其他导体或带电体的影响，并且电势不再简单地与电荷量成比例。该方案利用静电屏蔽原理用导体腔B屏蔽导体A，腔内的电场仅由导体A携带的电量qA以及导体A表面和导体B内表面的形状决定，与外界情况无关。a和b之间的电位差(UAUB)与qA成正比。电容器由导体和围绕它的导体外壳组成的导体系统。定义：电容器的电容为：隔离导体的电容为导体与导体外壳之间的电容无穷大。电容器的电容量只与电容器的大小、形状和介电常数有关，而与电量和电压无关。3.电容计算方法示例1:

6、球形电容解：假设球的电荷为Q，极板间的场强为0，极板间的电位差为：由电容定义，隔离导体的电容为：例2:平行板电容器，平行板电容器的极板面积为S，极板间的距离为D。解决方法：假设两极板的电荷分别为Q和-q，平行板电容器的场强为，极板间的电位差为，平行板电容器的电容与极板面积S成正比，与极板间距D成反比，与Q无关。例3:圆柱形电容器，由两个同轴的圆柱形导体表面A和B组成，其内径为RA，外径为RB。圆柱体的长度为l，r2r11。计算电容。解决方法：假设两个圆柱体的电荷分别为Q和-q，那么每单位长度的电荷为，将形成一个半径为R、高度为L的高斯圆柱体。面内电荷的代数和为：圆柱体之间的电位差为：电容，电容

7、计算步骤：a)让两个板带相同量的相反电荷，并计算它们的电场分布；通过场强计算两个极板之间的电位差；c)根据电容电容c=q/u. 4的定义求出c。电容器1的串联和并联。电容器的串联。特点：电容器串联后，等效电容比每个电容器小，但耐压能力增加。电容器串联后，等效电容的倒数是每个电容的倒数之和。2。电容器并联，特性：和。电容器并联后，等效电容等于所有电容器的总和。电容器并联后，与单个电容器相比，等效电容增加，但耐压能力不增加。并联电容器的电容等于电容器电容的总和。串联电容的总电容的倒数等于每个串联电容的倒数之和。当电容器的耐压能力不满足时，通常采用串联和并联的方式来提高其耐压能力。如果串联使用，可以

8、在稍高的电压下使用，从而提高耐压能力。并行使用可以提高容量。使用电介质时，电容增加，电容器的性能主要由其电容和耐压来校准。使用电容器时，施加的电压不应超过耐受电压，否则电介质绝缘性能将因场强过大而被破坏，电容器将烧坏(击穿)。击穿场强：电介质在不击穿的情况下能够承受的最大场强。电容器的充电过程：电容为C，两极上的电量从0到Q，两极之间的电位差为U。在充电过程中的某一时刻，两极板上的电量为Q，两极板之间的电位差为U。外力将电量dq从负极板移动到正极板，外力作功。电容器a的能量电容器的能量Wc(或we)与电场强度之间有什么关系？这是电容器充电到Q时的能量，用Wc表示。充电后，外力起作用。我们以平行

9、板电容器为例来说明这个问题。(通用)，电场的能量密度(每单位体积的电场能量)是：如果你知道电场分布，你可以用下面的公式计算整个电场的能量，(V是整个电场空间)，在电场中，注意：电容也可以从电场能量计算出来。例子：带电球体的半径为R，体积电荷密度为0。尝试用电场能量公式计算这个带电球系统的静电能量。e被替换到球内外的空间。示例1:平行板电容器的板之间的距离为D，板的面积为S，表面电荷密度为0，并且具有厚度D和介电常数R的电介质插入在它们之间。在P1和P2获得场强e；电容器的电容。解决方案：高斯圆柱穿过P1，左右底面分别穿过导体和P1。D=0，d=0，d=d=d=d=d=d=d=d=d=d=d=d

10、=d，d=d=d=d，d=d=d=d，d=d=d=d，d=d=d，d=d=d，d=d，d=d，d=d，d=d，d=d以同样的方式，第一区，第二区。计算电容C、例2:当平行板电容器处于真空状态时，问：充电后断开电源，插入R介质；充电后，保持电压不变，插入电阻介质；在这两种情况下，1 .充电后，电源极板上的功率不变，2。介质中的场强，3。电压，解决方案：插入介质后，断开电源后，插入介质；电位移矢量，在真空中，插入介质后，因为D=0，0不会改变，切断电源后D也不会改变。5。电容，因为电容的电容与电量无关，它与介质有关。当它充满介质时，6。能量，插入介质后，解决方法：电压不变，也就是说，电钥匙开不了。1。电压，2。场强，3。自由电荷区密度。充电后保持电压不变，插入r介质；4。电位移矢量d，5。电容，因为电容电容与电量无关，它与介质有关，当它充满介质时，6。电容器能量我们，因为Q的增加大于插入介质所损失的能量，所以我们也增加。在真空中，