电容器和电介质优秀课件.ppt
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1、电容器和电介质第1页,本讲稿共64页第第1212章章 电容器与介电质电容器与介电质教学基本要点教学基本要点1 电容器及电容2 静电场中的介电质3 电位移 有介质时的高斯定理4 电容器及介电质中电场的能量第2页,本讲稿共64页第第1212章章 电容器与介电质电容器与介电质教学基本要求教学基本要求 一一 掌握电容器的电容,能计算常见掌握电容器的电容,能计算常见电容器的电容电容器的电容.二二 了解了解介电质的极化机理,掌握电介电质的极化机理,掌握电位移矢量和电场强度的关系位移矢量和电场强度的关系.理解介电质中理解介电质中的高斯定理,并会用它来计算介电质中对的高斯定理,并会用它来计算介电质中对称电场的
2、电场强度称电场的电场强度.三三 掌握掌握有介电质存在时电场能量的有介电质存在时电场能量的计算计算.第3页,本讲稿共64页第第1212章章 电容器与介电质电容器与介电质12.1 12.1 电容器及其电容电容器及其电容一 孤立导体的电容单位:单位:孤立导体的电容为孤立导体所带电荷孤立导体的电容为孤立导体所带电荷Q与其电势与其电势V的比值的比值.第4页,本讲稿共64页第第1212章章 电容器与介电质电容器与介电质12.1 12.1 电容器及其电容电容器及其电容例 球形孤立导体的电容 地球地球第5页,本讲稿共64页第第1212章章 电容器与介电质电容器与介电质12.1 12.1 电容器及其电容电容器及
3、其电容二 电容器按形状:柱型、球型、平行板电容器按形状:柱型、球型、平行板电容器按型式:固定、可变、半可变电容器按型式:固定、可变、半可变电容器按介质:空气、塑料、云母、陶瓷等按介质:空气、塑料、云母、陶瓷等 特点:非孤立导体,由两极板组成特点:非孤立导体,由两极板组成1 电容器的分类电容器的分类电容器在电路中具有电容器在电路中具有隔直流、通交流隔直流、通交流的作用,电容器和的作用,电容器和其他元件可组合成振荡放大器以及时间延迟电路等等其他元件可组合成振荡放大器以及时间延迟电路等等电容器还是一种储存电能的元件电容器还是一种储存电能的元件第6页,本讲稿共64页第第1212章章 电容器与介电质电容
4、器与介电质12.1 12.1 电容器及其电容电容器及其电容2 电容器的电容 电容器的电容为电容器一块极板所带电荷Q与两极板电势差 的比值.第7页,本讲稿共64页第第1212章章 电容器与介电质电容器与介电质12.1 12.1 电容器及其电容电容器及其电容 电容的大小仅与导体的电容的大小仅与导体的形状形状、相对位置相对位置、其、其间的介电间的介电质质有关,与所带电荷量有关,与所带电荷量无关无关.注意第8页,本讲稿共64页第第1212章章 电容器与介电质电容器与介电质12.1 12.1 电容器及其电容电容器及其电容例 平行平板电容器解+-第9页,本讲稿共64页第第1212章章 电容器与介电质电容器
5、与介电质12.1 12.1 电容器及其电容电容器及其电容二 介电质对电容的影响 相对电容率+-+-当我们在电容器之间加入某种介电质时当我们在电容器之间加入某种介电质时,其电容可增其电容可增大好几倍大好几倍.这说明电容器的电容还与两极板之间的介电质有这说明电容器的电容还与两极板之间的介电质有关关.(如何证明如何证明?)?)第10页,本讲稿共64页第第1212章章 电容器与介电质电容器与介电质12.1 12.1 电容器及其电容电容器及其电容 实验指出实验指出,两极板间为真空时的电容两极板间为真空时的电容C C0 0与极板之间充满某种均匀介电质时的电容与极板之间充满某种均匀介电质时的电容C C的比值
6、为的比值为 ,叫该介电质的叫该介电质的相对相对电容率电容率(或相对介电常量或相对介电常量),),这是表征介电质这是表征介电质本身的物理量,其值大于本身的物理量,其值大于第11页,本讲稿共64页第第1212章章 电容器与介电质电容器与介电质12.1 12.1 电容器及其电容电容器及其电容由 可得对于平行板电容器现令现令 ,则则称为介电质的称为介电质的电容率电容率第12页,本讲稿共64页第第1212章章 电容器与介电质电容器与介电质12.1 12.1 电容器及其电容电容器及其电容三 电容器的并联和串联1 电容器的并联电容器的并联2 电容器的串联电容器的串联第13页,本讲稿共64页第第1212章章
7、电容器与介电质电容器与介电质12.1 12.1 电容器及其电容电容器及其电容+-+-第14页,本讲稿共64页第第1212章章 电容器与介电质电容器与介电质12.1 12.1 电容器及其电容电容器及其电容四 电容器电容的计算(1 1)设两极板分别带电设两极板分别带电Q (3 3)求两极板间的电势差求两极板间的电势差U步骤步骤(4 4)由由C=Q/U求求C(2)求两极板间的电场强度第15页,本讲稿共64页第第1212章章 电容器与介电质电容器与介电质12.1 12.1 电容器及其电容电容器及其电容例1 平行平板电容器解+-第16页,本讲稿共64页第第1212章章 电容器与介电质电容器与介电质12.
8、1 12.1 电容器及其电容电容器及其电容例2 圆柱形电容器设设两圆两圆柱柱面单位长度上分别带电面单位长度上分别带电解+-+-第17页,本讲稿共64页第第1212章章 电容器与介电质电容器与介电质12.1 12.1 电容器及其电容电容器及其电容例3球形电容器的电容设内外球带分别带电设内外球带分别带电Q解第18页,本讲稿共64页第第1212章章 电容器与介电质电容器与介电质12.1 12.1 电容器及其电容电容器及其电容孤立导体球电容第19页,本讲稿共64页第第1212章章 电容器与介电质电容器与介电质12.1 12.1 电容器及其电容电容器及其电容设两金属线的电荷线密度为 例4 两半径为R的平
9、行长直导线,中心间距为d,且dR,求单位长度的电容.解第20页,本讲稿共64页第第1212章章 电容器与介电质电容器与介电质12.1 12.1 电容器及其电容电容器及其电容第21页,本讲稿共64页第第1212章章 电容器与介电质电容器与介电质12.1 12.1 电容器及其电容电容器及其电容例例 电容为电容为C的空气平板电容器,两极板之的空气平板电容器,两极板之间的距离为间的距离为d,若在此电容器中插入一相对介,若在此电容器中插入一相对介电系数为的纸片,这时的电容变为电系数为的纸片,这时的电容变为C,试证,试证明纸片厚度为明纸片厚度为+-解解可把左图等效为下图可把左图等效为下图第22页,本讲稿共
10、64页第第1212章章 电容器与介电质电容器与介电质12.1 12.1 电容器及其电容电容器及其电容设板面积为,则设板面积为,则第23页,本讲稿共64页第第1212章章 电容器与介电质电容器与介电质12.1 12.1 电容器及其电容电容器及其电容第24页,本讲稿共64页第第1212章章 电容器与介电质电容器与介电质12.4 12.4 介电质的极化介电质的极化一 介电质对电场的影响+-+-当我们在电容器之间充满某种介电质时当我们在电容器之间充满某种介电质时,介电质内介电质内的电场强度减小到板间为真空时的。的电场强度减小到板间为真空时的。第25页,本讲稿共64页第第1212章章 电容器与介电质电容
11、器与介电质12.4 12.4 介电质的极化介电质的极化在外加电场中,介电质原子中的电子、还在外加电场中,介电质原子中的电子、还是分子中的离子或是晶格点阵上的带电粒子都是分子中的离子或是晶格点阵上的带电粒子都会在电场作用下在原子大小范围内移动,称这会在电场作用下在原子大小范围内移动,称这种现象为种现象为极化现象极化现象。二二 介电质的极化介电质的极化、极化的微观机制、极化的微观机制第26页,本讲稿共64页第第1212章章 电容器与介电质电容器与介电质12.4 12.4 介电质的极化介电质的极化负电荷中心正电荷中心+H+HO任何物质的分子或原子都是由带负电的电子和带任何物质的分子或原子都是由带负电
12、的电子和带正电的原子核组成。不管是带负电的粒子还是带正电正电的原子核组成。不管是带负电的粒子还是带正电的粒子在远处激发的电场,在一级近似的情况下可以的粒子在远处激发的电场,在一级近似的情况下可以认为是各自等效于集中在某点的一个电荷所激发的电认为是各自等效于集中在某点的一个电荷所激发的电场,这个点叫做该电荷系的场,这个点叫做该电荷系的“中心中心”或或“重心重心”。以以q表示一个分子中的正电荷或表示一个分子中的正电荷或负电荷的电量数值,以负电荷的电量数值,以l表示从表示从负电荷负电荷“重心重心”指到正电荷指到正电荷“重心重心”的矢量距离,则这个分的矢量距离,则这个分子的电矩为:子的电矩为:第27页
13、,本讲稿共64页第第1212章章 电容器与介电质电容器与介电质12.4 12.4 介电质的极化介电质的极化、有极分子与无极分子、有极分子与无极分子 有极分子:在无外加电场时,分子的正电荷中心与负有极分子:在无外加电场时,分子的正电荷中心与负电荷中心不重合,具有电荷中心不重合,具有固有电矩。固有电矩。比如水、有机玻璃,比如水、有机玻璃,氨气等氨气等。无极分子:在无外加电场时,分子的正电荷中心与无极分子:在无外加电场时,分子的正电荷中心与负电荷中心重合。比如氢气、甲烷、石蜡等。负电荷中心重合。比如氢气、甲烷、石蜡等。第28页,本讲稿共64页第第1212章章 电容器与介电质电容器与介电质12.4 1
14、2.4 介电质的极化介电质的极化、介电质的极化(1 1 1 1)无极分子的位移极化)无极分子的位移极化)无极分子的位移极化)无极分子的位移极化 加上外电场后,在电场作用下介质分子正负电荷中心产生相对位移,不再重合,出现分子电矩。第29页,本讲稿共64页第第1212章章 电容器与介电质电容器与介电质12.4 12.4 介电质的极化介电质的极化 无外电场时,有极分子电矩取向不同,整个介质不带电。在外电场中有极分子的固有电矩要受到一个力矩作用,电矩方向转向和外电场方向趋于一致。(2 2 2 2)有极分子的取向极化)有极分子的取向极化)有极分子的取向极化)有极分子的取向极化第30页,本讲稿共64页第第
15、1212章章 电容器与介电质电容器与介电质12.4 12.4 介电质的极化介电质的极化 对于无极分子的极化来说,由于电子质量比原子核小很多,对于无极分子的极化来说,由于电子质量比原子核小很多,在处电场作用下主要是电子位移,也叫在处电场作用下主要是电子位移,也叫电子位移极化。电子位移极化。对于有极分子的极化来说,就是等效于电偶极子转向外加电场对于有极分子的极化来说,就是等效于电偶极子转向外加电场方向,所以也叫方向,所以也叫取向极化。取向极化。电子位移极化在任何介电质中都存在,而分子取向极化只存在电子位移极化在任何介电质中都存在,而分子取向极化只存在于有极分子构成的介电质中。但在有极分子构成的介电
16、质中,取向于有极分子构成的介电质中。但在有极分子构成的介电质中,取向极化是主要的。但在频率很高的电场下,由于分子的惯性较大,取极化是主要的。但在频率很高的电场下,由于分子的惯性较大,取向极化跟不上外加电场变化,所以这时无论哪种介电质只有电子位向极化跟不上外加电场变化,所以这时无论哪种介电质只有电子位移极化起作用,因为只有惯性很小的电子才能跟上高频电场的变化移极化起作用,因为只有惯性很小的电子才能跟上高频电场的变化产生位移极化。产生位移极化。第31页,本讲稿共64页第第1212章章 电容器与介电质电容器与介电质12.4 12.4 介电质的极化介电质的极化三三 极化电荷与自由电荷的关系极化电荷与自
17、由电荷的关系+-+第32页,本讲稿共64页第第1212章章 电容器与介电质电容器与介电质12.4 12.4 介电质的极化介电质的极化 例12.3 如图,一平行板电容器极板面积为S,中间充有两层介质,其厚度和电容率分别d1、1 和d2、2,求该电容器的电容.d1d221第33页,本讲稿共64页第第1212章章 电容器与介电质电容器与介电质12.4 12.4 介电质的极化介电质的极化d1d221解此题可看成两个电容器的串联第34页,本讲稿共64页第第1212章章 电容器与介电质电容器与介电质12.4 12.4 介电质的极化介电质的极化四四四四.电极化强度矢量电极化强度矢量电极化强度矢量电极化强度矢
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