《電容器電場能量》PPT課件

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1、有電介質時的高斯定理電位移矢量和電場強度的關系大學物理學電子教案電容電容器7-4電容電容器7-5靜電場的能量7-4電容電容器一、孤立導體的電容孤立導體是指其它導體或帶電體都離它足夠遠,以至于其它導體或帶電體對它的影響可以忽略不計。真空中一個半徑為R、帶電量為Q的孤立球形導體的電勢為電量與電勢的比值卻是一個常量,只與導體的形狀有關,由此可以引入電容的概念。1、引入孤立導體所帶的電量與其電勢的比值叫做孤立導體的電容孤立球形導體的電容為孤立導體的電容與導體的形狀有關,與其帶電量和電位無關。法拉(F)1F=1C.V-1

2、微法1μF=10-6F皮法1pF=10-12F是導體的一種性質,與導體是否帶電無關;是反映導體儲存電荷或電能的能力的物理量;只與導體本身的性質和尺寸有關。2、電容的定義3、電容的單位關于電容的說明:二、電容器兩個帶有等值而異號電荷的導體所組成的系統(tǒng),叫做電容器。BCDAqA+++++++-qA-------用空腔B將非孤立導體A屏蔽,消除其他導體及帶電體(C、D)對A的影響。電容器兩個極板所帶的電量為+Q、-Q,它們的電勢分別為UA、UB,定義電容器的電容為:A帶電qA,B內表面帶電-qA,腔內場強E,AB間電

3、勢差UAB=UA–UB1、電容器的定義2、電容器的電容按可調分類:可調電容器、微調電容器、雙連電容器、固定電容器按介質分類:空氣電容器、云母電容器、陶瓷電容器、紙質電容器、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、時間延遲電路等;儲存電能的元件;真空器件中建立各種電場;各種電子儀器。計算電容的一般步驟為:設電容器的兩極板帶有等量異號電荷;求出兩極板之間的電場強度的分布;計

4、算兩極板之間的電勢差;根據(jù)電容器電容的定義求得電容。4、電容器的作用5、電容器電容的計算②板間電場:③板間電勢差:④電容:+q–qAB+++++–––––d很小,S很大,①設電容器兩極板帶電±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,還與電介質的性質有關。平行板電容器解:兩極板間電場板間電勢差R1R2o電容討論:①當R2→?時,孤立導體球電容。+q-q②R2–R1=d,R2≈R1=R平行板電容器電容。球形電容器解:設兩極板帶電?q板間電場l(l>>R2–R1)板間電勢差圓柱形電容

5、器的電容R1R2圓柱越長,電容越大;兩圓柱之間的間隙越小,電容越大。平板電容器圓柱形電容器S?2+++++++?0?1求:①各介質內的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,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––––––場強電位移S?2+++++++?0?1解:②電容器的電容。d1d2SS–?0––––––兩極板間的電勢差電容器的電容三、電容器的并聯(lián)和串聯(lián)U等效特點:每個電容器兩端的電勢差相等總電量:等效電

6、容:結論:當幾個電容器并聯(lián)時,其等效電容等于幾個電容器電容之和;各個電容器的電壓相等;并聯(lián)使總電容增大。1、電容器的并聯(lián)等效特點每個電容器極板所帶的電量相等總電壓等效電容結論:當幾個電容器串聯(lián)時,其等效電容的倒數(shù)等于幾個電容器電容的倒數(shù)之和;等效電容小于任何一個電容器的電容,但可以提高電容的耐壓能力;每個串聯(lián)電容的電勢降與電容成反比。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。當電容器的耐壓能力不被滿足時,常用串并聯(lián)使用來改善:串聯(lián):使用可提高耐壓能力;

7、并聯(lián):使用可以提高容量。電介質的絕緣性能遭到破壞,稱為擊穿。所能承受的不被擊穿的最大場強叫做擊穿場強或介電強度。討論7-5靜電場的能量能量密度一、電容器的電能設在某時刻兩極板之間的電勢差為U,此時若把+dq電荷從帶負電的負極板搬運到帶正電的正極板,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存的靜電能外力克服靜電場力作功,把非靜電能轉換為帶電體系的靜電能二、靜電場的能量能量密度1、靜電場的能量對于極板面積為S、極板間距為d平板電容器,電場所占的體積為Sd,電容器儲存

8、的靜電能為電容器所具有的能量與極板間電場E和D有關,E和D是極板間每一點電場大小的物理量,所以能量與電場存在的空間有關,電場攜帶了能量。2、電場的能量密度定義:單位體積內的能量對于任意電場,本結論都是成立的。例1:球形電容器當電量為Q時所儲存的能量。解:由Gauss定理知球形電容器內的場強為+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,相對介電

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