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《電容器 電場(chǎng)能量》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。
1、有電介質(zhì)時(shí)的高斯定理電位移矢量和電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系大學(xué)物理學(xué)電子教案電容電容器7-4電容電容器7-5靜電場(chǎng)的能量7-4電容電容器一、孤立導(dǎo)體的電容孤立導(dǎo)體是指其它導(dǎo)體或帶電體都離它足夠遠(yuǎn),以至于其它導(dǎo)體或帶電體對(duì)它的影響可以忽略不計(jì)。真空中一個(gè)半徑為R、帶電量為Q的孤立球形導(dǎo)體的電勢(shì)為電量與電勢(shì)的比值卻是一個(gè)常量,只與導(dǎo)體的形狀有關(guān),由此可以引入電容的概念。1、引入孤立導(dǎo)體所帶的電量與其電勢(shì)的比值叫做孤立導(dǎo)體的電容孤立球形導(dǎo)體的電容為孤立導(dǎo)體的電容與導(dǎo)體的形狀有關(guān),與其帶電量和電位無(wú)關(guān)。法拉(F)1F=1C.V-1微法1μF
2、=10-6F皮法1pF=10-12F是導(dǎo)體的一種性質(zhì),與導(dǎo)體是否帶電無(wú)關(guān);是反映導(dǎo)體儲(chǔ)存電荷或電能的能力的物理量;只與導(dǎo)體本身的性質(zhì)和尺寸有關(guān)。2、電容的定義3、電容的單位關(guān)于電容的說(shuō)明:二、電容器兩個(gè)帶有等值而異號(hào)電荷的導(dǎo)體所組成的系統(tǒng),叫做電容器。BCDAqA+++++++-qA-------用空腔B將非孤立導(dǎo)體A屏蔽,消除其他導(dǎo)體及帶電體(C、D)對(duì)A的影響。電容器兩個(gè)極板所帶的電量為+Q、-Q,它們的電勢(shì)分別為UA、UB,定義電容器的電容為:A帶電qA,B內(nèi)表面帶電-qA,腔內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)E,AB間電勢(shì)差UAB=UA–U
3、B1、電容器的定義2、電容器的電容按可調(diào)分類:可調(diào)電容器、微調(diào)電容器、雙連電容器、固定電容器按介質(zhì)分類:空氣電容器、云母電容器、陶瓷電容器、紙質(zhì)電容器、電解電容器按體積分類:大型電容器、小型電容器、微型電容器按形狀分類:平板電容器、圓柱形電容器、球形電容器平行板d球形柱形電容器的分類在電路中:通交流、隔直流;與其它元件可以組成振蕩器、時(shí)間延遲電路等;儲(chǔ)存電能的元件;真空器件中建立各種電場(chǎng);各種電子儀器。計(jì)算電容的一般步驟為:設(shè)電容器的兩極板帶有等量異號(hào)電荷;求出兩極板之間的電場(chǎng)強(qiáng)度的分布;計(jì)算兩極板之間的電勢(shì)差;根據(jù)電容
4、器電容的定義求得電容。4、電容器的作用5、電容器電容的計(jì)算②板間電場(chǎng):③板間電勢(shì)差:④電容:+q–qAB+++++–––––d很小,S很大,①設(shè)電容器兩極板帶電±q;解:SdE平板電容器的電容與極板的面積成正比,與極板之間的距離成反比,還與電介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。平行板電容器解:兩極板間電場(chǎng)板間電勢(shì)差R1R2o電容討論:①當(dāng)R2→?時(shí),孤立導(dǎo)體球電容。+q-q②R2–R1=d,R2≈R1=R平行板電容器電容。球形電容器解:設(shè)兩極板帶電?q板間電場(chǎng)l(l>>R2–R1)板間電勢(shì)差圓柱形電容器的電容R1R2圓柱越長(zhǎng),電容越大;兩圓
5、柱之間的間隙越小,電容越大。平板電容器圓柱形電容器S?2+++++++?0?1求:①各介質(zhì)內(nèi)的②電容器的電容。d1例1:平行板電容器兩極板面積為S,極板間有兩層電介質(zhì),介電常數(shù)分別為?1,?2,厚為d1,d2。電容器極板上自由電荷面密度??0。d2解:①由高斯定理SS–?0––––––場(chǎng)強(qiáng)電位移S?2+++++++?0?1解:②電容器的電容。d1d2SS–?0––––––兩極板間的電勢(shì)差電容器的電容三、電容器的并聯(lián)和串聯(lián)U等效特點(diǎn):每個(gè)電容器兩端的電勢(shì)差相等總電量:等效電容:結(jié)論:當(dāng)幾個(gè)電容器并聯(lián)時(shí),其等效電容等于幾個(gè)電
6、容器電容之和;各個(gè)電容器的電壓相等;并聯(lián)使總電容增大。1、電容器的并聯(lián)等效特點(diǎn)每個(gè)電容器極板所帶的電量相等總電壓等效電容結(jié)論:當(dāng)幾個(gè)電容器串聯(lián)時(shí),其等效電容的倒數(shù)等于幾個(gè)電容器電容的倒數(shù)之和;等效電容小于任何一個(gè)電容器的電容,但可以提高電容的耐壓能力;每個(gè)串聯(lián)電容的電勢(shì)降與電容成反比。2、電容器的串聯(lián)并聯(lián)電容器的電容等于各個(gè)電容器電容的和。串聯(lián)電容器總電容的倒數(shù)等于各串聯(lián)電容倒數(shù)之和。當(dāng)電容器的耐壓能力不被滿足時(shí),常用串并聯(lián)使用來(lái)改善:串聯(lián):使用可提高耐壓能力;并聯(lián):使用可以提高容量。電介質(zhì)的絕緣性能遭到破壞,稱為擊穿。
7、所能承受的不被擊穿的最大場(chǎng)強(qiáng)叫做擊穿場(chǎng)強(qiáng)或介電強(qiáng)度。討論7-5靜電場(chǎng)的能量能量密度一、電容器的電能設(shè)在某時(shí)刻兩極板之間的電勢(shì)差為U,此時(shí)若把+dq電荷從帶負(fù)電的負(fù)極板搬運(yùn)到帶正電的正極板,外力所作的功為E+dq+_若使電容器的兩極板分別帶有±Q的電荷,則外力所作的功為電容器所儲(chǔ)存的靜電能外力克服靜電場(chǎng)力作功,把非靜電能轉(zhuǎn)換為帶電體系的靜電能二、靜電場(chǎng)的能量能量密度1、靜電場(chǎng)的能量對(duì)于極板面積為S、極板間距為d平板電容器,電場(chǎng)所占的體積為Sd,電容器儲(chǔ)存的靜電能為電容器所具有的能量與極板間電場(chǎng)E和D有關(guān),E和D是極板間每一
8、點(diǎn)電場(chǎng)大小的物理量,所以能量與電場(chǎng)存在的空間有關(guān),電場(chǎng)攜帶了能量。2、電場(chǎng)的能量密度定義:?jiǎn)挝惑w積內(nèi)的能量對(duì)于任意電場(chǎng),本結(jié)論都是成立的。例1:球形電容器當(dāng)電量為Q時(shí)所儲(chǔ)存的能量。解:由Gauss定理知球形電容器內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)為+Q0?Q0取圖示同心薄球殼為體積元:與比較得:例2、半徑為R的均勻帶電球體,電量為q,相對(duì)介電