电容、电场能量hipeak

1、引：电容器是一储能元件。,8-6 电容 电容器,一）孤立导体的电容,孤立导体-周围没有其它导体和带电体的导体。,决定因素：导体的几何尺寸 、形状、周围介质。,物理含义：使导体升高单位电势所需的电量。,单位：,辅助单位：,微法,皮法,例：求一半径为R的金属导体球的电容。,若C=1法拉，则R=9109mR地球,说明电容是反映了电容器储存电荷能力的物理量，其数值由电容器的构造决定，而与电容器带不带电或带多少电无关。就像水容器一样，它的容量大小与水的深度无关。,如将地球看作孤立导体：,R地=6106m,可见，法拉是个很大的单位!,孤立导体作储能元件的问题：,1）能量贮存在整个空间，不集中。,2）电容值

2、受周围导体或带电体影响。,解决办法-静电屏蔽,电容器-由导体及包围它的导体壳所组成的导体系,实际中由于接地与不接地都不影响到A的电势,A的电势就是AB间的电压。,二、电容器及其电容,注意：,孤立导体的电容就是导体与无穷远处导体壳间的电容。,1、电容器,导体组合,使之不受周围导体的影响 电容器,当电容器的两极板分别带有等值异号电荷q时，电量q与两极板间相应的电势差uA-uB的比值。,2、电容器的电容：,三 电容器电容的计算,1）设两极板分别带电 ；,步骤,2）求两板间的场强 分布 ；,3）求两板间的电势差 ；,4）根据 求 .,1 平行板电容器,（2）两带电平板间的电场强度,（1）设两导体板分别

3、带电,（3）两带电平板间的电势差,（4）平板电容器电容,1一个平行板电容器，当它带了电荷量Q以后，两导体间的电势差是U，如果它带的电荷量增大为2Q，则电容器的电容（ ）。 A不变 B. 增大到2倍 C. 增大到4倍 D. 减小到1/2,A,例1 平行平板电容器的极板是边长为 的正方 形，两板之间的距离 .如两极板的电势差 为 ，要使极板上储存 的电荷,边长 应取多大才行.,解,平行板电容器电容,2 圆柱形电容器,（3）,（2）,（4）电容,3 球形电容器的电容,球形电容器是由半径分别为 和 的两同心金属球壳所组成,解设内球带正电（），外球带负电（）,孤立导体球电容,*,将真空电容器充满某种电介

4、质,平行板电容器,电介质的相对电容率（相对介电常数）,同心球型电容器,同轴圆柱型电容器,其中,为电介质的电容率,串联:,串联电容器组的电容的倒数等于每个电容的倒数之和。,四、 电容器的串联和并联,并联:,串联电容器组的电容等于每个电容器电容之和。,点电荷场中某点的电势能：,静电力是保守力，因此静电能是以势能的形式存在的。,8-8 电场的能量,电源提供能量,一、带电系统的能量,水源提供能量,-电场能量,带电系统的能量定域在何处？,1）问题的提出：A）只有弄清了能量贮存什么地方，能量转化与守恒定律才是具体的。B）只有定域能量才能定域质量。（E=mC2）,2）静电系统的能量定域在电场中,电场能量一定

5、能用场量来表示，以电容器中 电场为例：,电荷消失，电磁场仍然存在。,二 电容器的电能,充电过程：电量 0 Q,dq ： 导体上，外力作功：,反复搬运电荷,三、 静电场的能量 能量密度,物理意义电场是一种物质，它具有能量.,电场存在的空间体积,例： 计算球形电容器的能量 已知RA、RB、q,解：场强分布,取体积元,能量,（求C的好方法）,课堂讨论,比较均匀带电球面和均匀带电球体所储存的能量。,（先定性分析一下，然后求解。）,例、(1341) 真空中有“孤立的”均匀带电球体和一均匀带电球面，如果它们的半径和所带的电荷都相等则它们的静电能之间的关系是 (A) 球体的静电能等于球面的静电能 (B) 球体的静电能大于球面的静电能 (C) 球体的静电能小于球面的静电能 (D) 球体内的静电能大于球面内的静电能， 球体外的静电能小于球面外的静电能,B,7.一个平行板电容器，充电后与电源断开，当用绝缘手柄将电容器两极板间距离拉大，则两极板间的电势差U12、电场强度的大小E、电场能量W将发生如下变化： U12减小，E减小，W减小 U12增大，E增大，W增大 (C) U12增大，E不变，