大學(xué)物理學(xué)30第十章10-4 電容 10-5 靜電場的能量 能量密度 10-6 靜電的應(yīng)用

1、大學(xué)物理學(xué)電子(dinz)教案靜電場中的電容(dinrng) 能量10-4 電容 電容器10-5 靜電場的能量 能量密度10-6 靜電的應(yīng)用共二十八頁復(fù) 習(xí)10-1 靜電場中的導(dǎo)體(dot)靜電感應(yīng) 靜電平衡條件靜電平衡時(shí)的電荷分布靜電屏蔽10-2 靜電場中的電介質(zhì)電介質(zhì)對電場(din chng)的影響 相對電容率電介質(zhì)的極化電介質(zhì)中的電場強(qiáng)度10-3 電位移 有電介質(zhì)時(shí)的高斯定理靜電場中的電介質(zhì)靜電場中的電介質(zhì)電介質(zhì)中的高斯定理共二十八頁10-4 電容(dinrng) 電容(dinrng)器孤立導(dǎo)體是指其它導(dǎo)體或帶電體都離它足夠(zgu)遠(yuǎn)，以至于其它導(dǎo)體或帶電體對它的影響可以忽略不計(jì)。真空

2、中一個(gè)半徑為R、帶電量為Q 的孤立球形導(dǎo)體的電勢為電量與電勢的比值卻是一個(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、引入一、孤立導(dǎo)體的電容共二十八頁孤立導(dǎo)體(dot)所帶的電量與其電勢的比值叫做孤立導(dǎo)體(dot)的電容。孤立球形導(dǎo)體(dot)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關(guān)。法拉(F) 1F=1C.V-1微法 1F=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4、關(guān)于電容的說明：共二十八頁兩個(gè)(lin )帶有等值而異號電荷的

3、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(dot) A 屏蔽, 消除其他導(dǎo)體及帶電體 ( C、D ) 對A 的影響。電容器兩個(gè)極板所帶的電量為+Q、-Q，它們的電勢分別為VA、VB，定義電容器的電容為：A 帶電 qA , B 內(nèi)表面帶電 -qA , 腔內(nèi)場強(qiáng)E , A B間電勢差 UAB = VA VB 二、電容器1、電容器的定義2、電容器的電容共二十八頁按可調(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(wixng)電容器按形狀分類：平板

4、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(fn li)共二十八頁在電路中：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(jinl)各種電場；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電荷；求出兩極板之間的電場(din chng)強(qiáng)度的分布；計(jì)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(jì)算共二十八頁小結(jié)(xioji)電容(dinrng)器電容(dinrng) 電容的大小僅與導(dǎo)體的形狀、相對位置、其間的電介質(zhì)有關(guān). 與所帶電荷量無關(guān).單位 共二十八頁 電容(dinrng)

5、器電容(dinrng)的計(jì)算 1）設(shè)兩極板分別帶電 ； 2）求 ； 3）求 ； 4）求 .步驟 擊穿場強(qiáng) ：電容器中的電介質(zhì)能承受的最大電 場強(qiáng)度. 擊穿電壓 ：（平行板電容器）共二十八頁AB+ + + +-（2）兩帶電平板間的電場(din chng)強(qiáng)度（1）設(shè)兩導(dǎo)體板分別帶電（3）兩帶電(di din)平板間的電勢差（4）平板電容器電容 例1 平板電容器. 如圖所示，平板電容器由兩個(gè)彼此靠得很近的平行極板A、B 所組成，兩極板的面積均為S，兩極板間距為d. 極板間充滿相對電容率為 的電介質(zhì).求此平板電容器的電容.共二十八頁 例2 圓柱形電容器. 如圖所示，圓柱形電容器是由半徑分別為 和 的

6、兩同軸圓柱面 A 和 B 所構(gòu)成，且圓柱體的長度 l 比半徑 大的多. 兩圓柱面之間充以相對電容率為 的電介質(zhì). 求此圓柱形電容器的電容.（2）（1）設(shè)兩導(dǎo)體圓柱面單位長度上分別帶電解：（3） +-共二十八頁平行(pngxng)板電容器電容（4）電容(dinrng)討論：當(dāng) 時(shí)+-共二十八頁*例 3球形電容器. 球形電容器是由半徑分別為 和 的兩同心金屬球殼所組成，兩球殼間充以相對電容率為 的電介質(zhì). 外球帶負(fù)電（ ）解設(shè)內(nèi)球帶正電（ ）共二十八頁*（孤立導(dǎo)體球電容）共二十八頁 例4 兩球形電極間的擊穿電壓. 為了防止兩極間的空氣被擊穿，通常避免采用尖端電極，而采用球形電極.然而，若兩球形電極

7、間存在高電壓的情況下，球形電極間的空氣也會(huì)被擊穿而放電. 如圖所示，由兩個(gè)半徑均為 r = 2cm 的球形電極放在擊穿場強(qiáng) 的空氣中，兩球的中心距為 d = 10cm. 試粗略估算在上述條件下，兩球形電極間的擊穿電壓大約是多少？+ + + - -共二十八頁 例4 兩球形電極間的擊穿電壓. 已知：半徑為r = 2cm 的球形電極擊穿場強(qiáng) 兩球的中心距為 d = 10cm. 求：兩球形電極間的擊穿電壓+ + + - - 解 設(shè)球形電極 A 和 B 各有 + Q 和 Q 的電荷，忽略電極間的靜電感應(yīng)導(dǎo)致的電荷重新分布(fnb)，且把球形電極表面上的電荷視為集中于球心. 則可得：電極A表面的電勢為共二

8、十八頁電極B表面的電勢為兩極間的電勢差為電極A表面的電勢為球形電極表面附近處的電場強(qiáng)度為擊穿場強(qiáng) ，此時(shí) + + + - -可得共二十八頁二 電容器的串聯(lián)(chunlin)和并聯(lián)電容器的并聯(lián)(bnglin)電容器的串聯(lián)兩電容電位差相同兩電容所帶電荷相同共二十八頁+ + + + + + + + +- - - - - - - - -一 電容器的電能(dinnng)+電容器貯存的電能（任何形狀電容器）共二十八頁二 靜電場的能量(nngling) 能量(nngling)密度物理意義電場是一種物質(zhì)(wzh)，它具有能量.電場空間所存儲(chǔ)的能量 電場能量密度共二十八頁例 如圖所示, 球形電容器的內(nèi)、外半徑分

9、別為 和 ，所帶電荷為 若在兩球殼間充以電容率為 的電介質(zhì)，問此電容器貯存的電場能量為多少？解共二十八頁（球形電容(dinrng)器電容(dinrng)）討 論（1）（2）（孤立(gl)導(dǎo)體球貯存的能量）共二十八頁一 范德格拉夫(l f)靜電起電機(jī)10-6 靜電(jngdin)的應(yīng)用共二十八頁二 靜電(jngdin)除塵共二十八頁三 靜電(jngdin)分離磷酸鹽與石英(shyng)的混合物振動(dòng)篩磷酸鹽石英 石英與磷酸鹽在振動(dòng)篩中不斷振動(dòng)，摩擦，使石英顆粒帶負(fù)電，磷酸鹽顆粒帶正電，在電場中下落時(shí)受到的電場力相反，使其分離.共二十八頁小 結(jié)靜電場的能量(nngling) 能量(nngling)密度孤立導(dǎo)體的電容電容器電容器并聯(lián)和串聯(lián)共二十八頁作業(yè)(zuy)：思考題： P65 6，8，9，10習(xí) 題： P67 9，13，19，21預(yù) 習(xí)：11-1，11-2，11-3，11-4共二十八頁內(nèi)容摘要大學(xué)物理學(xué)電子教案。電介質(zhì)對電場的影響 相對電容率。10-3 電位移 有電介質(zhì)時(shí)的高斯定理。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)體的電勢為。電量與電勢的比值卻是一個(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。孤立導(dǎo)體所帶的電量與其電勢的