电容与电介质优秀PPT.ppt

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1、电容与电介质现在学习的是第1页，共15页电容的容的计算算:一一 均匀均匀带电球体的球体的电容容(可假可假设另一极板在无限另一极板在无限远)R地球半径地球半径二二 平行板平行板电容器容器EdS现在学习的是第2页，共15页三三 圆柱形柱形电容器容器L半径分半径分别为长度度为L,且且单位位长度上度上带电荷量分荷量分别为因因电容器可容器可视为“无限无限长”,两柱面两柱面间的的场强为方向沿径向方向沿径向两两圆柱面柱面间的的电势差差为:现在学习的是第3页，共15页四四 球形球形电容器容器E两个同心球面两个同心球面,半径分半径分别为带电量量为+q,-q由高斯定理可求出两面由高斯定理可求出两面间场强方向沿径向

2、方向沿径向现在学习的是第4页，共15页7-3 介质中的静电场介质中的静电场本讲主要内容本讲主要内容电介质中的电场的特性及基本规律电介质中的电场的特性及基本规律从物质结构的观点给予解释从物质结构的观点给予解释笫一节笫一节 电介质的极化电介质的极化 束缚电荷束缚电荷一一 电介质电介质 电容器电容器合上开关合上开关,测出两极板电势差测出两极板电势差这时这时,极板上的电荷量为极板上的电荷量为断开电源断开电源,在两极板间在两极板间泣入电介质泣入电介质测出两板间电势差测出两板间电势差注注:为介质的相对介电常数为介质的相对介电常数,是无量纲量是无量纲量真空中真空中其它的其它的1现在学习的是第5页，共15页二

3、二 电介质影响电场的机理电介质影响电场的机理 电介质电介质分子电结构不同分子电结构不同无极分子无极分子(分子的正负电荷中心重合分子的正负电荷中心重合)有极分子有极分子(分子的正负电荷中心不重合分子的正负电荷中心不重合)HoHH+-cHHH+-FFPP无极分子无极分子有极分子有极分子束缚电荷束缚电荷不能在电介质内移动不能在电介质内移动,也不能离开电介质表面也不能离开电介质表面它是分子定向排列产生的总效果它是分子定向排列产生的总效果现在学习的是第6页，共15页三三 电介质内的电场强度电介质内的电场强度以充满各向同性均匀电介质的平板电容器为例以充满各向同性均匀电介质的平板电容器为例+_极板上囟由电荷

4、面密度极板上囟由电荷面密度电介质表面束缚电荷面密度电介质表面束缚电荷面密度自由电荷产生的电场自由电荷产生的电场束缚电荷产生的电场束缚电荷产生的电场合场强合场强讨论讨论(1)前面的实验表明前面的实验表明代入上式可得代入上式可得:现在学习的是第7页，共15页(2)的适用条件的适用条件各向同性的均匀电介质要充满电场所在空间各向同性的均匀电介质要充满电场所在空间或或一种各向同性均匀电介质虽未充满电场所在空间一种各向同性均匀电介质虽未充满电场所在空间,但只要但只要电介质的表面是等势面电介质的表面是等势面 或或多种各向同性均匀电介质虽未充满电场空间多种各向同性均匀电介质虽未充满电场空间,但各种电介质的界但

5、各种电介质的界面皆为等势面面皆为等势面+现在学习的是第8页，共15页笫二节笫二节 介质中的高斯定理介质中的高斯定理 电位移矢量电位移矢量+_真空中的高斯定理真空中的高斯定理内内推广到有介质的静电场推广到有介质的静电场以充满均匀各向同性电介质的以充满均匀各向同性电介质的无限大平板电容器无限大平板电容器为例为例:作一圆筒形高斯面作一圆筒形高斯面,一个底面位于一个底面位于极板极板内内,另另一个位于一个位于介质中介质中,底面面积为底面面积为S令令电介质中的电介质中的D是电位移矢量是电位移矢量现在学习的是第9页，共15页讨论(1)电位移通量电位移通量高斯面内的自由电荷高斯面内的自由电荷高斯定理高斯定理表

6、述表述:通过任意闭合曲面通过任意闭合曲面S的的总电位移通量总电位移通量,等于该闭合曲面等于该闭合曲面所包围的所包围的自由电荷自由电荷量的量的代数和代数和,与与束缚电荷束缚电荷以及闭合曲面以及闭合曲面之外之外的自的自由电荷无关由电荷无关(2)其中其中电介质的介电常数电介质的介电常数只适用于各向同性电介质只适用于各向同性电介质(3)电介质对一些量的影响电介质对一些量的影响量纲与量纲与相同相同1.电容电容平行板电容器平行板电容器球形电容器球形电容器圆柱形电容器圆柱形电容器现在学习的是第10页，共15页7-4 静静电场中的能量中的能量一一 带电系系统的能量的能量对一个一个带电体体带有有电量量Q的状的状

7、态可以可以这样设想想:不断地把微小不断地把微小电量量dq从无限从无限远处移到移到这带电体上体上,一直到一直到带有有电量量Q为止止.某一某一时刻刻带电量量为q,相相应电势为u,要把一个要把一个dq从无限从无限远处移到移到这个个带电体体上上,外力作功外力作功:外力作外力作总功功:静电场是保守场静电场是保守场,外力作功应等于带电体的外力作功应等于带电体的电势能电势能,因此因此,带电体的能量为带电体的能量为:以以电容器容器为例例:E+Q-Q+q(t)-q(t)设其其电容容为C,某某时刻将刻将+dq从从b板移到板移到a板上板上,外力作功外力作功:现在学习的是第11页，共15页电容器能量容器能量:讨论无无

8、论何种何种电容器容器,上式均适用上式均适用平行板平行板电容器容器代入代入电场能量密度能量密度单位体位体积内所内所贮存能量存能量推广推广:任一任一带电系系统产生的整个生的整个电场的能量的能量:非均匀非均匀场现在学习的是第12页，共15页2.电场能量电场能量真空中真空中能量密度能量密度整个电场能量整个电场能量介质中介质中能量密度能量密度整个电场能量整个电场能量3.电容的串联与并联电容的串联与并联串联串联ab并并联联ab现在学习的是第13页，共15页一平行板电容器一平行板电容器,两板板相距两板板相距d,面积为面积为S,电势差为电势差为V,其中放一相对介电其中放一相对介电介常数为介常数为厚度为厚度为t的均匀电介质的均匀电介质求求:(1)电容器的电容电容器的电容(2)两板上的带电量两板上的带电量设设D介质中的电位移矢量介质中的电位移矢量空气中的空气中的.作如图两个圆柱形高斯闭合面作如图两个圆柱形高斯闭合面+_(2)现在学习的是第14页，共15页若在上题中把电源拆开若在上题中把电源拆开,并把介质板抽出来并把介质板抽出来,需作功多少需作功多少?Q不变不变若上题插入的是一块厚度为若上题插入的是一块厚度为t的的铜板铜板,情况又如何情况又如何?+_t产生静电感应产生静电感应(电源己断开电源己断开)把铜板抽出来把铜板抽出来,需做功需做功现在学习的是第15页，共15页