chap10-靜電場中導(dǎo)體-03綜述綜述

1、大學(xué)物理學(xué)電子教案大學(xué)物理學(xué)電子教案教學(xué)課件教學(xué)課件靜電場中的電介質(zhì)靜電場中的電介質(zhì)2105 靜電場的能量靜電場的能量 能量密度能量密度106 靜電的應(yīng)用靜電的應(yīng)用107 電場的邊界條件電場的邊界條件*108 壓電效應(yīng)壓電效應(yīng) 鐵電體鐵電體 駐極體駐極體復(fù)復(fù) 習(xí)習(xí)靜電場中的電介質(zhì)靜電場中的電介質(zhì)rEE0EPEDr0QSdDS電位移電位移 電介質(zhì)中的高斯定理電介質(zhì)中的高斯定理105 靜電場的能量靜電場的能量 能量密度能量密度一、電容器的電能一、電容器的電能 設(shè)在某時(shí)刻兩極板之間的電勢差為設(shè)在某時(shí)刻兩極板之間的電勢差為U，此時(shí)若把此時(shí)若把+dq電荷從帶負(fù)電的負(fù)極板電荷從帶負(fù)電的負(fù)極板搬運(yùn)到帶正電的

2、正極板，外力所作的搬運(yùn)到帶正電的正極板，外力所作的功為功為E+dq+_dqCqUdqdW 若使電容器的兩極板分別帶有若使電容器的兩極板分別帶有Q的電荷，則外力所作的功為的電荷，則外力所作的功為22021212CUQUCQdqCqWQ 電容器所儲(chǔ)存的靜電能電容器所儲(chǔ)存的靜電能22212CUCQWe 外力克服靜電場力作功，外力克服靜電場力作功，把非靜電能轉(zhuǎn)換為帶電把非靜電能轉(zhuǎn)換為帶電體系的靜電能體系的靜電能二、靜電場的能量二、靜電場的能量 能量密度能量密度1、靜電場的能量、靜電場的能量對(duì)于極板面積為對(duì)于極板面積為S、極板間距為、極板間距為d平板電容器，電場所平板電容器，電場所占的體積為占的體積為S

3、d，電容器儲(chǔ)存的靜電能為，電容器儲(chǔ)存的靜電能為 dSEEddSCUWe222212121 2、電場的能量密度、電場的能量密度定義：單位體積內(nèi)的能量定義：單位體積內(nèi)的能量2 21Ee 對(duì)于任意電場，本結(jié)論都是成立的。對(duì)于任意電場，本結(jié)論都是成立的。電容器所具有的能量與極板間電場電容器所具有的能量與極板間電場E和和D有關(guān)，有關(guān)，E和和D是極板是極板間每一點(diǎn)電場大小的物理量，所以能量與電場存在的空間有間每一點(diǎn)電場大小的物理量，所以能量與電場存在的空間有關(guān)，電場攜帶了能量。關(guān)，電場攜帶了能量。例例1、球形電容器的內(nèi)、外半徑分別為、球形電容器的內(nèi)、外半徑分別為R1和和R2，所帶的電量為，所帶的電量為Q。

4、若在兩球之間。若在兩球之間充滿電容率為充滿電容率為的電介質(zhì)，問此電容器電的電介質(zhì)，問此電容器電場的能量為多少。場的能量為多少。R1R2解：若電容器兩極板上電荷的分布是均勻的，解：若電容器兩極板上電荷的分布是均勻的，則球殼間的電場是對(duì)稱的。由高斯定理可求得則球殼間的電場是對(duì)稱的。由高斯定理可求得球殼間的電場強(qiáng)度的大小為球殼間的電場強(qiáng)度的大小為2 4rQE電場的能量密度為電場的能量密度為4222 3221rQEe 取半徑為取半徑為r、厚為、厚為dr的球殼，其體的球殼，其體積為積為dV=4r2dr。所以此體積元內(nèi)。所以此體積元內(nèi)的電場的能量為的電場的能量為drrQdrrrQdVdWee222422

5、84 32 電場總能量為電場總能量為 2122211 8 821RRQdrrQWRRe例例2 2、一個(gè)球半徑為、一個(gè)球半徑為R R，體電荷密度為，體電荷密度為 ，試?yán)秒妶瞿芰抗?，試?yán)秒妶瞿芰抗角蟠藥щ娗蝮w系統(tǒng)的靜電能。求此帶電球體系統(tǒng)的靜電能。RRrrrEr 301 RrrrREr 32032 dVEdVwWre220 RrRrdrrEdrrE2220022104242 RrrRrrdrrrRdrrr222030022004)3(24)3(2 rrRR 0520521841854 rR 052154 106 靜電的應(yīng)用靜電的應(yīng)用一、靜電的特點(diǎn)一、靜電的特點(diǎn) 帶電體所帶的靜電電荷的電量都

6、很??；帶電體所帶的靜電電荷的電量都很??；靜電場所具有的能量也不大；靜電場所具有的能量也不大；電壓可能很高。電壓可能很高。二、靜電的應(yīng)用二、靜電的應(yīng)用 范德格拉夫起電機(jī)范德格拉夫起電機(jī)靜電除塵靜電除塵靜電分離靜電分離靜電織絨靜電織絨靜電噴漆靜電噴漆靜電消除器靜電消除器靜電生物技術(shù)靜電生物技術(shù)10-7 電場的邊界條件電場的邊界條件*電場的邊界條件給出電介質(zhì)的分界面上電場中物理量所應(yīng)電場的邊界條件給出電介質(zhì)的分界面上電場中物理量所應(yīng)遵守的規(guī)律。遵守的規(guī)律。1r2rh2 1 1D2D一、法向分量一、法向分量 0 SSdD02211 SDSD11cos SS 22cos SS 2211coscos DD

7、 nnDD21 nnEE2211 在分界面上無自由電荷時(shí)，電位移在分界面上無自由電荷時(shí)，電位移的法向分量是連續(xù)的。界面兩側(cè)電的法向分量是連續(xù)的。界面兩側(cè)電場強(qiáng)度的法向分量是不連續(xù)的。場強(qiáng)度的法向分量是不連續(xù)的。1r2r1 2 1E2Ehl二、切向分量二、切向分量 ABCDAl dE0ABCD0 DACDBCABl dEl dEl dEl dElEl dEtAB 1lEl dEtCD 20 DABCl dEl dE021 lElEttttEE212211 ttDD界面兩側(cè)電場強(qiáng)度的切向分界面兩側(cè)電場強(qiáng)度的切向分量是連續(xù)的；電位移矢量的量是連續(xù)的；電位移矢量的切向分量是不連續(xù)的切向分量是不連續(xù)的1

8、08 壓電效應(yīng)壓電效應(yīng) 鐵電體鐵電體 駐極體駐極體一、壓電效應(yīng)一、壓電效應(yīng) 壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)(正壓電效應(yīng)正壓電效應(yīng))：某些固體電介質(zhì)，當(dāng)它們發(fā)生機(jī)械形：某些固體電介質(zhì)，當(dāng)它們發(fā)生機(jī)械形變時(shí)，會(huì)產(chǎn)生極化，在它們相對(duì)的兩個(gè)面上將產(chǎn)生異號(hào)的極化變時(shí)，會(huì)產(chǎn)生極化，在它們相對(duì)的兩個(gè)面上將產(chǎn)生異號(hào)的極化電荷。這種因機(jī)械形變而產(chǎn)生的電極化現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。電荷。這種因機(jī)械形變而產(chǎn)生的電極化現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。電致伸縮電致伸縮(逆壓電效應(yīng)逆壓電效應(yīng))：在電場的作用下，晶體發(fā)生機(jī)械形變。：在電場的作用下，晶體發(fā)生機(jī)械形變。應(yīng)用應(yīng)用：機(jī)械振蕩機(jī)械振蕩電振蕩：送話器、電唱針、測量爆炸時(shí)的壓力電振蕩：送話器、電唱針、測

9、量爆炸時(shí)的壓力電振蕩電振蕩機(jī)械振蕩：超聲波的換能器機(jī)械振蕩：超聲波的換能器二、鐵電體二、鐵電體 概念：概念：酞酸鋇等電介質(zhì)的相對(duì)電容率很大，且隨外加電場酞酸鋇等電介質(zhì)的相對(duì)電容率很大，且隨外加電場而改變；當(dāng)外加電場撤去以后，電介質(zhì)并不稱為中性，而而改變；當(dāng)外加電場撤去以后，電介質(zhì)并不稱為中性，而具有剩余極化，這一性質(zhì)與鐵磁質(zhì)很相似，稱為鐵電體。具有剩余極化，這一性質(zhì)與鐵磁質(zhì)很相似，稱為鐵電體。應(yīng)用：應(yīng)用：制造電容器和各種壓電器件。制造電容器和各種壓電器件。三、駐極體三、駐極體概念：概念：電介質(zhì)在外電場的作用下會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象；當(dāng)外加電介質(zhì)在外電場的作用下會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象；當(dāng)外加電場撤去以后，電介質(zhì)能長期保持極化狀態(tài)，這類能長期電場撤去以后，電介質(zhì)能長期保持極化狀態(tài)，這類能長期保持極化狀態(tài)的物體稱為駐極體。保持極化狀態(tài)的物體稱為駐極體。1919年由日本科學(xué)