大学物理静电场(八).ppt

* §8.7 电容 电容器 + + + + + + + + + + - + 导体带电 q 表面 曲率大 s 大 大 太大 空气分子被击穿（等效为电偶极子，被拉开成为正、负离子） 漏电 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 如： 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 * 一. 孤立导体的电容 实验指出：一个孤立导体容电能力 和导体的形状有关 和导体本身的电势有关，而且： 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 仅和形状有关 单位： 法拉 F 为确定给定形状的孤立导体的容电能力，引入电容 * 但是：一个孤立导体，并不能用来做电容器，因为： 容量小 能量分散 电容值易受外界干扰（电势易受外界影响） + + + + + + + + + + + A + + + － － － － + B 由于导体B的引入 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 q -q A B 内、外电场互不影响 不受外界干扰 这一导体组合称为电容器，其电容： * 表示电容器容纳电荷的能力，其大小只取决于电容器本身的结构、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。 一般电容器的形状 二平行导体板 二共轴圆柱导体壳 二同心导体球壳 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： * 三. 电容的计算 计算原则：从定义式出发 设带电导体组合 1.孤立导体球 R e 0 求：C 设：导体球带电 q 则： * 真空时： 设：二板分别带电 加入介质： 2.平行板电容器 d S S d 2， 真空或充有介质e r * 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 容电能力 耐压程度，击穿电压 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。 * 3.球形电容器 R1 R2 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： * 4.同轴柱形电容器 二同轴柱形极板，已知R1 R2 l e r （l R） R1 R2 l 设：二板单位长度上的电荷为 二极板间任一点的电场为： * 5.分布电容（书上：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 +l -l r d x o P x 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. * 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 * §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： * 设在时间 t 内，从 B 板向 A 板迁移了电荷 A B + 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： 当二板上 Q 不变时，用 方便 当二板间D u不变时，用 方便 * 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