西电大学物理课件8.ppt

1、1,8.7 电容 电容器,所以：给定导体容纳电荷的能力是有限的,又：对孤立导体，s 和曲率有关,故：不同形状导体，容纳电荷的能力是不同的,为描述不同形状导体容纳电荷的能力，引入一个新的物理量,电 容,2,一. 孤立导体的电容,规定：当导体的 时，其容纳的电荷量， 称为该导体的电容,定义：孤立导体的电容，即导体所带的电量和其电势 的比值。,相对于 处的电势值,为确定给定形状的孤立导体的容电能力，引入电容,3,但是：一个孤立导体，并不能用来做电容器，因为：,二. 电容器的电容,利用静电屏蔽原理 一个接地的空腔导体壳,这一导体组合称为电容器，其电容：,4,表示电容器容纳电荷的能力，其大小只取决于电容

2、器本身的结构、大小、形状及介质，与带电与否无关。,若不接地， 和 与外界有关，但 仍与外界无关，上述定义仍成立。,实际问题中，对电容器的屏蔽要求并不如此苛刻。,当二极板间的电压为1伏时，一个极板上所带的电量，称为该电容器的电容,讨论：,5,三. 电容的计算,计算原则：从定义式出发,1.孤立导体球 R e 0 求：C,设：导体球带电 q 则：,6,真空时：,设：二板分别带电,加入介质：,2.平行板电容器,7,讨论： （1）电容仅与电容器的形状（S d ），介质（e 0 e r ） 有关，与带电与否无关。,（2）加入介质，C 增大e r 倍（提高容电能力的一种方法）。,（3）定义式中，q 是一个导

3、体板上所带的自由电荷， 与束缚电荷无关。,（4）电容器上标有两个数据 如：,5pF 100V,电介质通常不导电，在外场中，等效分子电偶极子转向。但当电场很强时，电偶极子被拉断，成为正、负离子而导电，绝缘性遭到破坏，即电解质被击穿，相应的电场强度和电压称为击穿电场和击穿电压。 所以，电容器二端加的电压不能超过击穿电压。,8,3.球形电容器,二个半径分别为R1 R2 的同心球壳， 内充有均匀电介质e r,设：二板分别带电,二球壳间的电场为：,9,4.同轴柱形电容器,二同轴柱形极板，已知R1 R2 l e r （l R）,设：二板单位长度上的电荷为,二极板间任一点的电场为：,10,5.分布电容（书上

4、：P335 例：8.32）,求：半径为r ，相距为d 的二导线间单位长度的电容,设：二导线分别带电,建立坐标入图，二导线间（同一平面内） 任一点P(x)处的场强：,量值一般很小,可忽略,但高频电路中,必须考虑分布电容.实际工作中,用实验测量得到.,11,四. 电容器的串、并联,电容器的性能规格中有2个主要指标：电容量和耐压能力。实际使用时，为提高容量或耐压能力，可把电容器并或串联起来使用。,1.提高电容量并联,2.提高耐压能力串联,12,8.8 电场能量,电荷间存在着相互作用的静电力； 一个带电体系形成的过程是外力克服电场力做功的过程，是体系能量积叠的过程，是静电场建立的过程。 根据能量守恒和

5、转化，外力对系统做的功等于系统能量的增量，所以任何带电系统都具有能量。,一. 带电系统具有能量,以平行板电容器为例，来讨论带电系统的能量：,13,设在时间 t 内，从 B 板向 A 板迁移了电荷,在将 dq 从 B 板迁移到 A 板需作功,极板上电量从 0 Q 作的总功为,（1）任何形状的电容器的能量均为上式。,（2）在具体问题中：,14,二. 电场的能量,1.带电系统具有能量储存在电场中,电容器充电的过程带电系统形成的过程建立电场的过程能量积叠的过程,所以：带电系统的能量就是电场的能量。,以平行板电容器为例：,在静电场中回答不出来这一问题，因为静电荷和它所激发的场同时存在；在交变电磁场中就可看出，能储存于场中。,15,2.场能密度单位体积中电场的能量 w,在上例中：平板间为均匀电场,均匀电场中：,非均匀电场中：,电场具有能量是电场物质性的一种表现。上式表明：只要空间存在电场，则场中任意处，单位体积电场 中储存的能量均为 ，此结果对任意电场普遍成立。,16,例：带电金属球 R q e 0 求：W,球内没有电场，没有电场能量,球外有一球对称非均匀电场,在r 处取 dr