介質(zhì)及電容市公開課一等獎省賽課獲獎?wù)n件

第五章電容及電介質(zhì)一、電容及電容器二、靜電場中電介質(zhì)四、靜電場能量三、電容器儲能介質(zhì)及電容第1頁§1電容及電容器一.孤立導(dǎo)體電容電容只與結(jié)構(gòu)相關(guān)，是導(dǎo)體固有容電本事孤立導(dǎo)體電勢定義：升高單位電壓所需電量為該導(dǎo)體電容。單位：[庫侖/伏特]稱作法1F=1C/V介質(zhì)及電容第2頁例：求真空中孤立導(dǎo)體球電容(如圖)導(dǎo)體球電勢導(dǎo)體球電容欲得到電容孤立導(dǎo)體球半徑R=?由孤立導(dǎo)體球電容公式知：問題由孤立導(dǎo)體作電容不經(jīng)濟！介質(zhì)及電容第3頁二.導(dǎo)體組電容腔內(nèi)導(dǎo)體表面與殼內(nèi)表面形狀及相對位置設(shè)定義幾何條件導(dǎo)體殼內(nèi)部場只由腔內(nèi)電量和

幾何條件決定(相當(dāng)于孤立導(dǎo)體)電容計算（帶電量相同、符號相反）內(nèi)表面為導(dǎo)體組電容——

電容器電容介質(zhì)及電容第4頁經(jīng)典電容器平行板電容器

球形

電容器

柱形

電容器介質(zhì)及電容第5頁球形電容器：當(dāng)電容只與結(jié)構(gòu)相關(guān)(孤立導(dǎo)體球電容)介質(zhì)及電容第6頁平行板電容器電容只與結(jié)構(gòu)相關(guān)電場分布介質(zhì)及電容第7頁柱形電容器:設(shè)單位長度帶電量為<<電容只與結(jié)構(gòu)相關(guān)介質(zhì)及電容第8頁三、電容器串聯(lián)和并聯(lián)1.并聯(lián)電容器電容：等效令總電容增大，耐壓能力決定于耐壓能力最小電容。介質(zhì)及電容第9頁2.串聯(lián)電容器電容：等效令總電容減小，耐壓能力增強。介質(zhì)及電容第10頁§2電介質(zhì)對電場影響一.電介質(zhì)微觀圖象無外電場時：有極分子無極分子1.電介質(zhì)：是由大量電中性分子組成絕緣體。①無極分子:無外電場作用時，正負電荷中心重合②有極分子：正負電荷中心不重合，相當(dāng)于電偶極子2.電介質(zhì)分子：比如，CO2、H2

、N2、

O2、

He因無序排列對外總體不展現(xiàn)電性。比如，H2O、Hcl、CO、SO2介質(zhì)及電容第11頁位移極化取向極化位移極化——無極分子極化主要是電子發(fā)生位移二、電介質(zhì)極化取向極化——有極分子極化因為熱運動，這種取向只能是部分，恪守統(tǒng)計規(guī)律。電場電場介質(zhì)及電容第12頁三、極化電荷在外電場中，均勻介質(zhì)內(nèi)部各處仍呈電中性，但在介質(zhì)表面要出現(xiàn)電荷，這種電荷不能離開電介質(zhì)到其它帶電體，也不能在電介質(zhì)內(nèi)部自由移動。稱它為束縛電荷或極化電荷。在外電場中，出現(xiàn)束縛電荷現(xiàn)象叫做電介質(zhì)極化。介質(zhì)及電容第13頁四、電介質(zhì)對電場影響是電介質(zhì)特征常數(shù)，稱為電介質(zhì)

相對介電常數(shù)真空中：空氣中：無限大均勻電介質(zhì)中點電荷場：電介質(zhì)

介電常數(shù)介質(zhì)及電容第14頁五、有電介質(zhì)時電容器電容電介質(zhì)可增大電容量!真空中：有介質(zhì)時：介質(zhì)及電容第15頁

電容器種類：紙介、云母、陶瓷、滌綸、獨石、

聚四氟乙烯（CB）、電解電容等

電介質(zhì)擊穿及耐壓

廣義電容：分布電容球形電容器：平行板電容器：任何兩個存在壓差絕緣導(dǎo)體之間都會形成份布電容，只是大小問題。在高頻電路、精密儀器和電路板中要注意降低分布電容影響。

介質(zhì)及電容第16頁§3電容器儲能和靜電場能量一、電容器儲存能量電容器充電過程能夠等效為：將dq電荷從負極板移到正極板過程電場力做功：電容器儲能為：電容器儲存能量存在于兩極板之間電場之中介質(zhì)及電容第17頁二、靜電場能量平板電容器能量密度：靜電場能量密度：靜電場能量：電位移矢量：介質(zhì)及電容第18頁例：一個導(dǎo)體球半徑為R，帶電Q

試求此帶電球體系統(tǒng)靜電能。dV為全空間，即電場存在地方。介質(zhì)及電容第19頁例：接地導(dǎo)體球附近有一點電荷,如圖所表示。求:導(dǎo)體上感應(yīng)電荷電量解:接地即設(shè):感應(yīng)電量為o點電勢為0則：介質(zhì)及電容第20頁例、面積為S，帶電量Q一個金屬板，與另一不帶電金屬平板平行放置。求靜電平衡時，板上電荷分布及周圍電場分布；若第二板接地，情況又怎樣？S（可看成無限大）介質(zhì)及電容第21頁設(shè)靜電平衡后，金屬板各面所帶電荷面密度如圖所表示由已知條件：金屬板內(nèi)任一點場強為零，

由疊加原理得：以上四個方程聯(lián)立可求出：設(shè)介質(zhì)及電容第22頁由各