605静电场电容器 电场能量.pptVIP

* 电容 电场的能量 本节要点 领会电容器电容的定义、平行板电容器的计算公式是怎样导出的？ 注意领会电容器的储能公式 和电容的物理意义. 3电场能量密度与哪些因素有关? + + + +++ - - - - - - 静电平衡状态下的导体 1.静电平衡的概念 导体内有大量的自由电荷，在电场的作用下，导体表面出现感应电荷的现象叫静电感应现象. 导体内部无宏观电荷的定向移动，导体处在静电平衡状态. （1） 导体内部任意一点的场强为0. 2.静电平衡状态下，导体的特点： 导体内电场强度=外电场强度+感应电荷电场强度 导体表面是等势面 导体内部电势相等 因导体内E=0，故有： （2）处于静电平衡的导体是等势体，其表面是等势面. （3） 导体表面附近的场强处处与表面垂直. 因场强与等势面垂直，而导体表面为等势面。 * （一）、孤立导体的电容 + + + + + + + + + q U 理论和实验表明，孤立导体的电势U与其带电量q成正比。 定义：孤立导体的电容: 孤立导体电容只与导体的大小、几何形状有关，与电量、电势无关。它反映了孤立导体的性质。 物理含义：导体升高单位电势所需的电量。 电容是反映孤立导体贮存电荷能力大小的物理量。 单位：法拉，F, 1F= 106 ? F= 1012 pF 一、电容器和电容 * （二）、电容器的电容 对非孤立导体A，它还要受到周围其它导体或带电体的影响，电势不再简单地与所带电量成正比。 解决办法—利用静电屏蔽的原理，用导体空腔B把导体A屏蔽起来。 A、B之间的电势差UAB与qA成正比。 电容器-由导体及包围它的导体壳所组成的导体系。 定义：电容器的电容: 孤立导体的电容就是导体与无穷远处导体壳间的电容。 电容器的电容只与电容器的大小、形状、电介质有关，而与电量、电压无关。 * （三）、电容的计算方法 求电容步骤： 1、让两极板带等量异性电荷并求其电场分布； 2、通过场强计算两极板间的电势差； 3、由电容器电容的定义式C=Q/U求C。 电容只决定于电容器的结构。 * 例1、 平行板电容器，两个电极板相对的表面面积为S，两板之间的距离为d，求其电容；若板间充满相对介 电常数为?r 的电介质，其电容又为多少？ （忽略边缘效应） 解：设两极板带电量分别为 +q 和 -q ， 板间电势差： 平行板电容器的电容正比于极板面积S ，反比于极板间距d ，与 q 无关。 * 若板间充满电介质， 板间充满电介质时的电容是板间为 真空时 电容的 ?r 倍。 利用介质中的高斯定理 * 例2、球形电容器的电容。 解：设A球带电量为 q ， 板间场强为： 由电容定义: 当 时: 孤立导体的电容 * 二、电场的能量 （一）电容器的储能的计算： 我们可以根据电容器在放电的整个过程中， 电场力作了多少功,来得出电容器所具有的 能量。 设放电过程中某时刻, 两极板带电量为+q、-q, 两极板间电压为u, 如图，先让电容器充电（±Q）, 再放电。 * 现在考虑一微小放电过程 q? q+dq （dq 0） 电量（-dq）在电场力作用下沿导线 从正极板经过灯泡与负极板的负电荷 中和, 电场力的功为 放电过程中，u 和 q 是不断变化的。 * 这也就是电容器充电到 ±Q 时的能量, 用Wc表示 本质上看，它是电场力作的功, 所以是电场的能量。 所以，电容器的能量同样是 储藏在电容器的电场中的。 （二）电场能体密度 电容器的能量Wc (或记作We ) 与电场强度 有什么联系？ * 我们以平行板电容器为例说明此问题: 电场的 能量体密度（单位体积内的电场能量）: （有普遍性） * （三）电场能的一般计算 若知道了电场分布,就可以用下式求出整个电场的能量: （V是整个 电场空间） 在电场强度 E 相同的情况下，电介质中的 电场能量密度,比真空中的增大了?r 倍。 注：由电场能量也 可求电容器的电容 * 求： ①.充电后断开电源，插入 ? r 的介质； ②.充电后保持电压不变，插入 ?r 的介质；这两种情况下的 1）电荷面密度 断开电源极板上电量不变， 2）介质中场强 3）电压 解： 插入介质后 ①断开电源后，插入 介质； 例1：平行板电容器真空时 求： ①.充电后断开电源，插入 ? r 的介质； ②.充电后保持电压不变，插入 ?r 的介质；这两种情况下的 例1：平行板电容器真空时 求： ①.充电后断开电源，插入 ? r 的介质； ②.充电后保持电压不变，插入