赵凯华-电磁学-第三版-第二章-静电场中的导体和电介质.ppt

实际应用中的静电屏蔽 ?两种不同形式的屏蔽 （1）外部静电对测量仪器的影响 屏蔽方法： （2）静电干扰源对外部环境的的影响 屏蔽方法： 测量仪器 外部静电干扰 金属屏蔽 静电干扰源 金属屏蔽 接地？ ?板or网 ?良好的地 ?要接地 实际应用中的静电屏蔽 §2 电容器及电容 capacitor capacity 一.孤立导体的电容 ?孤立导体的定义 ?孤立导体电量、电位之间的关系 作业：p118-123 8-11, 15, 20 带电孤立导体 电势特点： 对应电势 特例：球形 正比关系 ?电容只与几何因素和介质有关 ?与带电量、电压无关 ?是带电体固有的容电本领 单位:法拉（F） 定义 对于任意孤立导体： （可以证明）U、Q之间 的正比关系仍然成立 意义 每升高单位电压所需要的电量 说明 欲得到1F的电容 孤立导体球的半径R？ 例 求真空中孤立导体球的电容(如图) 设球带电为 解： 导体球电势 导体球电容 介质 几何尺寸 由孤立导体球电容公式知 法拉单位过大, 常用单位: 二.导体组的电容 由静电屏蔽:导体壳内部的电场只由腔内的电量和几何条件及介质决定??电位差仅与电荷Q，几何尺寸有关，不受外部电场的影响，可以定义电容。 腔内导体大小、表面形状，导体壳的内表面大小、形状，两者的相对位置 设 定义： 几何尺寸: 内表面 电容的计算步骤： 典型的电容器 平行板 d 球形 柱形 例 求柱形电容器单位长度的电容 设单位长度带电量为 柱形 解： 几何尺寸 介质 无QU 讨论 ?长度为 的圆柱电容 ?圆柱电容器 同轴电缆 平板电容表达式 圆柱电容器 平板电容器 d＝R2-R1 三、电容器储能 ?电容器放电过程中能量形式及转化 电容器放电时，负电荷由低电位到高电位，电场力做正功。 静电能转化为其他形式 (光能等) ?电容器的静电能来源？ 能将电子由电容器正电极搬运至负电板的充 充电电源 ?电容器储入的多少静电能量？ ??电容器静电能量表达式推导 ?电容器静电能量表达式的推导 在充电过程中推导，充电电源做多少功，就有多少静电能量存储到电容器中。 电容器充电时，在充电电源的作用下，电子从电容器正极到达电容器负极。搬运电子的电荷量为-dq，对应的电位能增加量为(电子电位降低，电位能增加)。 ?充电结束时，电容器的静电能量 电子流 充电电源 U- U+ 充电电流 自学：电容串并联公式 串联: 并联: 注意电容、电阻串并联的区别！！ 各种电容器 §3 电介质及其极化 polarization 一.电介质的微观图象 + - +- + 有极分子（polar molecules） 无外场（E0=0）时： 有极分子 无极分子 作业(140-146)7,8,12,13,19,35,39 无极分子（nonpolar molecules） 无外场（E0=0）时： 二.电场对电介质分子的影响 ?有极分子介质 取向极化 (orientation polarization) 2.有电场时 1.无电场时 有极分子 无极分子 对外显宏观电中性 不产生宏观电场 P分子=0 ∑P分子=0 P分子≠0 分子热运动 分子取向杂乱 F- F+ 在均匀介质中 位移极化 displacement ?无极分子介质 ?极化电荷（束缚电荷） 感生电矩 无极 or有极 负电荷 正电荷 曲面内无 净电荷 尾 头 电荷分布： 均匀介质内部无净电荷，极化电荷只出现在介质表面 极化（取向、位移）结果 ?排列愈有序说明极化愈强 3.定量描述极化强弱的物理量--极化 强度 Polarization vector 的定义 单位 单个分子的电偶极矩 处于极状状态时 体积元 ： 宏观上无限小 微观上无限大 电荷面密度( )单位 单位体积内的分子电矩之和 定量描述： 曲面 S 把电介质分子分为两部分 三.极化电荷与极化强度 的关系 在已极化的介质内任意作一闭合面S 只有穿越S的有极分子对S 内的极化电荷有贡献 ? 与电介质分子数密度的关系 由定义： 为单位体积内的分子电矩之和 ? 预备知识 1.穿越小面元dS， 在S面内（！！）的极化电荷 一部分在S 内， 一部分在 S 外。 分子 为分子电偶极矩的平均值 斜柱体内！！的极化电荷 电量绝对值 E0 穿越型极化分子的所占体积dV 能穿越dS的分子：其尾部与dS面的距离小于、等于dl dV 2.在S所围的体积内的极化电荷 与 的关系 ???/2, 0 落在S面内的是正电荷, 0 ????/