大學(xué)物理電磁學(xué)部分08電容ppt課件

1、電電 容容 1.1.孤立導(dǎo)體的電容孤立導(dǎo)體的電容孤立導(dǎo)體：導(dǎo)體周圍無(wú)其它導(dǎo)體或帶孤立導(dǎo)體：導(dǎo)體周圍無(wú)其它導(dǎo)體或帶電體的導(dǎo)體。電體的導(dǎo)體。+qU實(shí)際和實(shí)驗(yàn)闡明，孤立導(dǎo)體的電勢(shì)實(shí)際和實(shí)驗(yàn)闡明，孤立導(dǎo)體的電勢(shì)UU與其帶電量與其帶電量q q成正比：成正比：constUqUqC 定義：孤立導(dǎo)體的電容定義：孤立導(dǎo)體的電容:孤立導(dǎo)體電容只與導(dǎo)體的大小、幾何外形有關(guān)，與電孤立導(dǎo)體電容只與導(dǎo)體的大小、幾何外形有關(guān)，與電量、電勢(shì)無(wú)關(guān)。它反映了孤立導(dǎo)體的性質(zhì)。量、電勢(shì)無(wú)關(guān)。它反映了孤立導(dǎo)體的性質(zhì)。物理含義：導(dǎo)體升高單位電勢(shì)所需的電量。物理含義：導(dǎo)體升高單位電勢(shì)所需的電量。電容是反映孤立導(dǎo)體儲(chǔ)存電荷才干大小的物理量。

2、電容是反映孤立導(dǎo)體儲(chǔ)存電荷才干大小的物理量。單位：法拉，單位：法拉，F(xiàn),F,1F= 106 F= 1012 pF水容器的容量水容器的容量2.2.電容器的電容電容器的電容 對(duì)非孤立導(dǎo)體對(duì)非孤立導(dǎo)體A，它還要遭到周圍其它導(dǎo)體或帶，它還要遭到周圍其它導(dǎo)體或帶電體的影響，電勢(shì)不再簡(jiǎn)單地與所帶電量成正比。電體的影響，電勢(shì)不再簡(jiǎn)單地與所帶電量成正比。處理方法處理方法利用靜電屏蔽的原理，用導(dǎo)體空腔利用靜電屏蔽的原理，用導(dǎo)體空腔B把導(dǎo)把導(dǎo)體體A屏蔽起來(lái)。屏蔽起來(lái)。 腔內(nèi)電場(chǎng)僅由導(dǎo)體腔內(nèi)電場(chǎng)僅由導(dǎo)體A所帶電量所帶電量qA以及以及A的外表和的外表和B的內(nèi)外表的外形的內(nèi)外表的外形決議，與外界情況無(wú)關(guān)。決議，與外界情

3、況無(wú)關(guān)。A、B之間的電勢(shì)差之間的電勢(shì)差UAUB與與qA成正比。成正比。電容器電容器- -由導(dǎo)體及包圍它的導(dǎo)體殼所由導(dǎo)體及包圍它的導(dǎo)體殼所組成的導(dǎo)體系。組成的導(dǎo)體系。BAUUqC定義：電容器的電容定義：電容器的電容:孤立導(dǎo)體的電容就是孤立導(dǎo)體的電容就是導(dǎo)體與無(wú)窮遠(yuǎn)處導(dǎo)體導(dǎo)體與無(wú)窮遠(yuǎn)處導(dǎo)體殼間的電容。殼間的電容。BAAq 電容器的電容只與電容器的大小、外形、電介質(zhì)電容器的電容只與電容器的大小、外形、電介質(zhì)有關(guān)，而與電量、電壓無(wú)關(guān)。有關(guān)，而與電量、電壓無(wú)關(guān)。3.3.電容的計(jì)算方法電容的計(jì)算方法qqABARBRo例例1 1：球形電容器：球形電容器解：設(shè)解：設(shè)A A球帶電量為球帶電量為 q q ，板間場(chǎng)

4、強(qiáng)為：板間場(chǎng)強(qiáng)為：204rqE極板間的電勢(shì)差極板間的電勢(shì)差: :BAABl dEUBARRdrrq204BARRq1140由電容定義由電容定義: :abUqCABBARRRR04BR當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí): :ARC04孤立導(dǎo)體的電容例例2 2：平行板電容器：平行板電容器 平行板電容器極板面積為平行板電容器極板面積為 S S ，板間間隔為，板間間隔為 d d ，求，求電容器電容。電容器電容。解：設(shè)兩極板帶電量分別為解：設(shè)兩極板帶電量分別為 +q +q 和和 -q -q ，ABqq平行板電容器場(chǎng)強(qiáng)：平行板電容器場(chǎng)強(qiáng)：0E板間電勢(shì)差：板間電勢(shì)差：BAABl dEUEd0d電容電容ABUqC0/dSdS0dEd

5、l0 平行板電容器的電容正比于極板面積平行板電容器的電容正比于極板面積S S ，反比，反比于極板間距于極板間距d d ，與，與 q q 無(wú)關(guān)。無(wú)關(guān)。例例3 3：圓柱形電容器：圓柱形電容器 圓柱形電容器為內(nèi)徑圓柱形電容器為內(nèi)徑 RA RA、外徑、外徑 RB RB 兩同軸圓柱導(dǎo)面子兩同軸圓柱導(dǎo)面子 A A 和和 B B組成，圓柱體組成，圓柱體的長(zhǎng)度的長(zhǎng)度 l l，且，且 R2 R2R1 l R1 l ，求電容。，求電容。解：設(shè)兩柱面帶電分別為解：設(shè)兩柱面帶電分別為 +q +q 和和 -q -q ，那么單位長(zhǎng)度的帶電量為那么單位長(zhǎng)度的帶電量為lq/ 作半徑為作半徑為 r r、高為、高為 l l 的高

6、斯柱面。的高斯柱面。lqSSdE0q面內(nèi)電荷代數(shù)和為：面內(nèi)電荷代數(shù)和為：lr高高斯斯面面BRARrE02下底上底側(cè),0下底上底SdE側(cè)cosEdS側(cè)rlE 20lrE02柱面間的電勢(shì)差為：柱面間的電勢(shì)差為：BAABl dEUBARREdrBARRdrr02ABRRlqln20lr高高斯斯面面BRAR電容電容ABUqCABRRlqqln20ABRRlln20求電容步驟：求電容步驟：A讓兩極板帶等量異性電荷并求其電場(chǎng)分布；讓兩極板帶等量異性電荷并求其電場(chǎng)分布；B經(jīng)過(guò)場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算兩極板間的電勢(shì)差；經(jīng)過(guò)場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算兩極板間的電勢(shì)差；C由電容器電容的定義式由電容器電容的定義式C=Q/U求求C。4.4.電容的串聯(lián)

7、和并聯(lián)電容的串聯(lián)和并聯(lián)1.電容器的串聯(lián)等效等效CAUBU1C2C3CiCAUBU1q2qiq特點(diǎn)：特點(diǎn)：nqqqq21nBAUUUUUU21由由CqU nnCqCqCqCq2211有有nCCCC111121電容器串聯(lián)后，等效電容器串聯(lián)后，等效電容比每個(gè)電容器的電容比每個(gè)電容器的電容都小，但耐壓才電容都小，但耐壓才干添加了。干添加了。電容器串聯(lián)后，等效電容的電容器串聯(lián)后，等效電容的倒數(shù)是各電容的倒數(shù)之和。倒數(shù)是各電容的倒數(shù)之和。2.電容器的并聯(lián)2C1CAUBUiC等效等效CBUAU特點(diǎn)：特點(diǎn)：nBAUUUUUU21nqqqq21CUq nnUCUCUCCU2211nCCCC21由由有有1q2qi

8、q電容器并聯(lián)后，等效電容等于各電容之和。電容器并聯(lián)后，等效電容等于各電容之和。 電容器并聯(lián)后，等效電容比單個(gè)電容器的電容量電容器并聯(lián)后，等效電容比單個(gè)電容器的電容量添加了，但耐壓才干沒(méi)有添加。添加了，但耐壓才干沒(méi)有添加。并聯(lián)電容器的電容等于各并聯(lián)電容器的電容等于各個(gè)電容器電容的和。個(gè)電容器電容的和。iiCC串聯(lián)電容器總電容的倒數(shù)等于串聯(lián)電容器總電容的倒數(shù)等于各串聯(lián)電容倒數(shù)之和。各串聯(lián)電容倒數(shù)之和。iiCC11當(dāng)電容器的耐壓才干不被滿足時(shí)，常用串并聯(lián)當(dāng)電容器的耐壓才干不被滿足時(shí)，常用串并聯(lián)運(yùn)用來(lái)改善。如串聯(lián)運(yùn)用可用在稍高的電壓中，運(yùn)用來(lái)改善。如串聯(lián)運(yùn)用可用在稍高的電壓中，從而提高耐壓才干。并聯(lián)運(yùn)用可以提高容量。從而提高耐壓才干。并聯(lián)運(yùn)用可以提高容量。電介質(zhì)的絕緣性能遭到破壞，稱為擊穿電介質(zhì)的絕緣性能遭到破壞，稱為擊穿(breakdown)(breakdown)，0CCr有介質(zhì)后電容增大有介質(zhì)后電容增大 所能接受的不被擊穿的最大場(chǎng)強(qiáng)叫做擊穿場(chǎng)強(qiáng)所能接受的不被擊穿的最大場(chǎng)強(qiáng)叫做擊穿場(chǎng)強(qiáng)(breakdown field strength)(breakdown field strength)，或介電強(qiáng)度，或介電強(qiáng)度(dielectric strength)(dielectric strength)。例：求一半