哈里德课件 (15)

第15章 静电场中的导体和电介质 电容和电容器,本章目录,15-1 静电场中的导体 15-2 孤立导体的电容 15-3 电容器及其电容 15-4 电容器电容的计算 15-5 电容器的并联和串联 15-6 电场中所存储的能量 15-7 有电介质的电容器 15-8 从原子观点看电介质 15-9 电介质与高斯定理,计划学时：,15-1 静电场中的导体,一、导体的静电平衡条件,要计算静电平衡时的电场分布， 首先要知道其电荷分布。,1.导体内无净电荷（ ），电荷只分布于导体表面,1）实心导体（只有外表面）,二、静电平衡条件下，导体上的电荷分布,2）空腔导体（有内、外表面），腔内无电荷,若,净电荷只能分布于外表面,当静电平衡时，导体 ，净电荷只能分布于表面,三、导体表面电场强度与面电荷密度的关系,尖端放电现象及其应用,四、尖端放电,15-2 孤立导体的电容,孤立导体：周围无其他导体，电介质，带电体,孤立导体电容 取决于本身形状、大小,与其 是否带电无关.,由电容定义：,则金属球电势：,半径 的孤立金属球的电容,15-3 电容器及其电容,电容器是由金属导体组成的重要器件。,如图所示，任一电容器由两个 相互绝缘并与外界绝缘的导体 形成。,15-4 电容器电容的计算,推导平行板电容器，圆柱型电容器，球形电容器公式 ，并总结求电容器电容的一般方法。,一、平行板电容器,都具有均匀的大小且 和 总是平行的，于是可得,如图所示，取一高斯面使它刚好包围住正极板上的电荷,令：,得：,作半径 ， 高 的同轴圆柱面为高斯面,二、圆柱形电容器,由电容定义:,电容器两极板间电势差：,三、球形电容器,如图所示，取一半径为 与两球壳同心的球面作为高斯面,15-5 电容器的并联和串联,当电路中有电容器的组合时，我们能用一等效电容器替代那个组合。,一、并联,二、串联,或,一、 电场能量密度,以平行板电容器为例,二、 电场能量,15-6 电场中所存储的能量,15-7 有电介质的电容器,如果用电介质去填充电容器极板间的空间，电容将发生什么情况？,法拉第首先在1837年研究了这个问题，他发现电容增大了一个数字因子 -相对电容率,引入电介质的另一作用是把极板间所能加的电势差限制在击穿电势 以内，若超过该值，介电材料将被击穿并在极板间形成导通电路，每种电介质材料具有一特有的介电强度-电介质能承受而不被击穿的电场极大值。,在电介质充满的情况下，,-极板间仅有空气情况下的电容值,电介质的作用可以概括为：,在被相对电容率 的介电材料完全填充的区域中，所有含真空电容率 的静电学公式都可以通过用 替代 加以修改,因而，在电介质内的点电荷引起的电场：,紧邻侵入电介质中的孤立导体外部电场：,15-8 从原子观点看电介质,无极分子构成的电介质 非极性电介质,有极分子构成的电介质 极性电介质,一、极性电介质,有极分子,二、非极性电介质,15-9 电介质与高斯定理,对于图（a）中没有电介质的情况,或：,对于图（b）中有电介质的情况,或：,定义：电位移矢量,介电体的作用是使原来的电场强度大小 消弱一因数,