chap10-静电场中导体-03综述综述

1、大学物理学电子教案大学物理学电子教案教学课件教学课件静电场中的电介质静电场中的电介质2105 静电场的能量静电场的能量 能量密度能量密度106 静电的应用静电的应用107 电场的边界条件电场的边界条件*108 压电效应压电效应 铁电体铁电体 驻极体驻极体复复 习习静电场中的电介质静电场中的电介质rEE0EPEDr0QSdDS电位移电位移 电介质中的高斯定理电介质中的高斯定理105 静电场的能量静电场的能量 能量密度能量密度一、电容器的电能一、电容器的电能 设在某时刻两极板之间的电势差为设在某时刻两极板之间的电势差为U，此时若把此时若把+dq电荷从带负电的负极板电荷从带负电的负极板搬运到带正电的

2、正极板，外力所作的搬运到带正电的正极板，外力所作的功为功为E+dq+_dqCqUdqdW 若使电容器的两极板分别带有若使电容器的两极板分别带有Q的电荷，则外力所作的功为的电荷，则外力所作的功为22021212CUQUCQdqCqWQ 电容器所储存的静电能电容器所储存的静电能22212CUCQWe 外力克服静电场力作功，外力克服静电场力作功，把非静电能转换为带电把非静电能转换为带电体系的静电能体系的静电能二、静电场的能量二、静电场的能量 能量密度能量密度1、静电场的能量、静电场的能量对于极板面积为对于极板面积为S、极板间距为、极板间距为d平板电容器，电场所平板电容器，电场所占的体积为占的体积为S

3、d，电容器储存的静电能为，电容器储存的静电能为 dSEEddSCUWe222212121 2、电场的能量密度、电场的能量密度定义：单位体积内的能量定义：单位体积内的能量2 21Ee 对于任意电场，本结论都是成立的。对于任意电场，本结论都是成立的。电容器所具有的能量与极板间电场电容器所具有的能量与极板间电场E和和D有关，有关，E和和D是极板是极板间每一点电场大小的物理量，所以能量与电场存在的空间有间每一点电场大小的物理量，所以能量与电场存在的空间有关，电场携带了能量。关，电场携带了能量。例例1、球形电容器的内、外半径分别为、球形电容器的内、外半径分别为R1和和R2，所带的电量为，所带的电量为Q。

4、若在两球之间。若在两球之间充满电容率为充满电容率为的电介质，问此电容器电的电介质，问此电容器电场的能量为多少。场的能量为多少。R1R2解：若电容器两极板上电荷的分布是均匀的，解：若电容器两极板上电荷的分布是均匀的，则球壳间的电场是对称的。由高斯定理可求得则球壳间的电场是对称的。由高斯定理可求得球壳间的电场强度的大小为球壳间的电场强度的大小为2 4rQE电场的能量密度为电场的能量密度为4222 3221rQEe 取半径为取半径为r、厚为、厚为dr的球壳，其体的球壳，其体积为积为dV=4r2dr。所以此体积元内。所以此体积元内的电场的能量为的电场的能量为drrQdrrrQdVdWee222422

5、84 32 电场总能量为电场总能量为 2122211 8 821RRQdrrQWRRe例例2 2、一个球半径为、一个球半径为R R，体电荷密度为，体电荷密度为 ，试利用电场能量公式，试利用电场能量公式求此带电球体系统的静电能。求此带电球体系统的静电能。RRrrrEr 301 RrrrREr 32032 dVEdVwWre220 RrRrdrrEdrrE2220022104242 RrrRrrdrrrRdrrr222030022004)3(24)3(2 rrRR 0520521841854 rR 052154 106 静电的应用静电的应用一、静电的特点一、静电的特点 带电体所带的静电电荷的电量都

6、很小；带电体所带的静电电荷的电量都很小；静电场所具有的能量也不大；静电场所具有的能量也不大；电压可能很高。电压可能很高。二、静电的应用二、静电的应用 范德格拉夫起电机范德格拉夫起电机静电除尘静电除尘静电分离静电分离静电织绒静电织绒静电喷漆静电喷漆静电消除器静电消除器静电生物技术静电生物技术10-7 电场的边界条件电场的边界条件*电场的边界条件给出电介质的分界面上电场中物理量所应电场的边界条件给出电介质的分界面上电场中物理量所应遵守的规律。遵守的规律。1r2rh2 1 1D2D一、法向分量一、法向分量 0 SSdD02211 SDSD11cos SS 22cos SS 2211coscos DD

7、 nnDD21 nnEE2211 在分界面上无自由电荷时，电位移在分界面上无自由电荷时，电位移的法向分量是连续的。界面两侧电的法向分量是连续的。界面两侧电场强度的法向分量是不连续的。场强度的法向分量是不连续的。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界面两侧电场强度的切向分界面两侧电场强度的切向分量是连续的；电位移矢量的量是连续的；电位移矢量的切向分量是不连续的切向分量是不连续的1

8、08 压电效应压电效应 铁电体铁电体 驻极体驻极体一、压电效应一、压电效应 压电效应压电效应(正压电效应正压电效应)：某些固体电介质，当它们发生机械形：某些固体电介质，当它们发生机械形变时，会产生极化，在它们相对的两个面上将产生异号的极化变时，会产生极化，在它们相对的两个面上将产生异号的极化电荷。这种因机械形变而产生的电极化现象称为压电效应。电荷。这种因机械形变而产生的电极化现象称为压电效应。电致伸缩电致伸缩(逆压电效应逆压电效应)：在电场的作用下，晶体发生机械形变。：在电场的作用下，晶体发生机械形变。应用应用：机械振荡机械振荡电振荡：送话器、电唱针、测量爆炸时的压力电振荡：送话器、电唱针、测

9、量爆炸时的压力电振荡电振荡机械振荡：超声波的换能器机械振荡：超声波的换能器二、铁电体二、铁电体 概念：概念：酞酸钡等电介质的相对电容率很大，且随外加电场酞酸钡等电介质的相对电容率很大，且随外加电场而改变；当外加电场撤去以后，电介质并不称为中性，而而改变；当外加电场撤去以后，电介质并不称为中性，而具有剩余极化，这一性质与铁磁质很相似，称为铁电体。具有剩余极化，这一性质与铁磁质很相似，称为铁电体。应用：应用：制造电容器和各种压电器件。制造电容器和各种压电器件。三、驻极体三、驻极体概念：概念：电介质在外电场的作用下会产生极化现象；当外加电介质在外电场的作用下会产生极化现象；当外加电场撤去以后，电介质能长期保持极化状态，这类能长期电场撤去以后，电介质能长期保持极化状态，这类能长期保持极化状态的物体称为驻极体。保持极化状态的物体称为驻极体。1919年由日本科学