電容 靜電場(chǎng)的能量

1、§5.4 電容 靜電場(chǎng)的能量一、電容1 電容器：由兩個(gè)用電介質(zhì)（絕緣體）隔開(kāi)的金屬導(dǎo)體組成，它是一種常用的電工和電子元件。描述電容器的兩個(gè)指標(biāo)是電容和耐壓。幾種常見(jiàn)電容器及其符號(hào)：P852 電容定義1 電容是反映電容器本身性質(zhì)的物理量；（電容的大小僅與導(dǎo)體的形狀、相對(duì)位置、其間的電介質(zhì)有關(guān)。與所帶電荷量無(wú)關(guān)。）2 電容是描述電容器容納電荷或儲(chǔ)存電能的物理量；3 單位：法拉（F）例5-6 求平行板電容器的電容。已知兩極板相對(duì)的表面積為S，極板間的距離為d。+ + + +- 已知：s d 求： c=? 解： 設(shè)兩極板分別帶電兩極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度兩極板間的電勢(shì)差二、電介質(zhì)對(duì)電容器的影響 當(dāng)電

2、容器兩極板間充滿某種均勻電介質(zhì)時(shí)，電容將增大。真空中的電容介質(zhì)中的電容相對(duì)電容率電容率討論：電容器中充電介質(zhì)的好處是增大電容量，還可提高耐壓。電介質(zhì)的擊穿若電介質(zhì)中的場(chǎng)強(qiáng)很大，電介質(zhì)分子的正負(fù)電荷有可能被拉開(kāi)而變成可自由移動(dòng)的電荷。大量自由電荷的產(chǎn)生，使電介質(zhì)的絕緣性能破壞而成為導(dǎo)體，稱(chēng)為電介質(zhì)的擊穿三、電容器的電能當(dāng)電容器帶電后，同時(shí)也儲(chǔ)存了能量。因靜電能和具體帶電方式無(wú)關(guān)，以下面方法給電容器帶電： q + dqQE-Q-(q +dq)q-q2dq-2dqdq-dq00t = tt = 0 以平板電容器為例，其電容量為C。自t = 0開(kāi)始，每次自下極板把微量電荷dq移至上極板，電容器間電場(chǎng)逐

3、漸加大，除第一次外，每次移動(dòng)外力都要克服靜電力作功。 至t時(shí)刻，電容器已帶電q，此時(shí)若再移動(dòng)dq，外力作功為 最后，使電容器帶電Q ，則外力作功共為 外力作的功全部?jī)?chǔ)存在電容器中。電容器儲(chǔ)能 還可有 注意:大電容千萬(wàn)不能摸指極板處。 應(yīng)用：(1)照相機(jī)閃光燈 (2)心臟起搏器四、靜電場(chǎng)的能量 能量密度1 電場(chǎng)的能量電容器的能量是儲(chǔ)存在電容器的電場(chǎng)中。例：平行板電容器式中 為電場(chǎng)的單位體積中的能量。2 電場(chǎng)能量密度電場(chǎng)單位體積中的能量。物理意義電場(chǎng)是一種物質(zhì)，它具有能量。電場(chǎng)空間所存儲(chǔ)的能量3 能量的計(jì)算1）對(duì)于電容器由儲(chǔ)能公式由場(chǎng)能公式例5-7 某電容器標(biāo)有“10mF，450V”當(dāng)充電到400

4、V時(shí)，它所儲(chǔ)存的電能為多少？ 已知： 求： 解： 電容器貯存的電能2.能量變化的計(jì)算(1)引起能量變化的原因·電容器結(jié)構(gòu)情況的變化，如 Q-QÞQ-Q初態(tài)末態(tài) ·電容器中電介質(zhì)情況的變化，如Q-Q-QQÞer初態(tài)末態(tài) ·電容器連接情況的變化，如QQ-Q-Q00Þ初態(tài)末態(tài) (2)變化過(guò)程中的保持條件·變化過(guò)程中保持電容器的電量不變，(電容器充電后和電源斷開(kāi))；·變化過(guò)程中保持電容器的電壓不變，(電容器始終和電源相聯(lián))。例： 帶電Q的平板電容器板間距為d，現(xiàn)用力緩慢地拉動(dòng)下極板，使板間距變?yōu)?d，求 (1)電容器能量的變化；(2)外力所作的功。 SdF電F外Q-QÞ2dQ-Q初態(tài)末態(tài) 解：(1)電容器