介质及电容精品课件

1、介质及电容第1页，共24页，2022年，5月20日，13点1分，星期日1 电容及电容器一.孤立导体的电容电容只与结构有关，是导体固有的容电本领孤立导体的电势定义：升高单位电压所需的电量为该导体的电容。单位：库仑/伏特 称作 法 1 F = 1 C/V第2页，共24页，2022年，5月20日，13点1分，星期日例： 求真空中孤立导体球的电容(如图)导体球电势导体球电容欲得到 的电容孤立导体球的半径 R=?由孤立导体球电容公式知：问题由孤立导体作电容不经济！第3页，共24页，2022年，5月20日，13点1分，星期日二.导体组的电容腔内导体表面与壳的内表面形状及相对位置 设定义几何条件 导体壳内部

2、的场只由腔内的电量 和几何条件决定 (相当于孤立导体)电容的计算（带电量相同、符号相反）内表面为导体组的电容 电容器的电容第4页，共24页，2022年，5月20日，13点1分，星期日典型的电容器平行板电容器 球形电容器 柱形电容器第5页，共24页，2022年，5月20日，13点1分，星期日球形电容器：当电容只与结构有关(孤立导体球的电容)第6页，共24页，2022年，5月20日，13点1分，星期日平行板电容器电容只与结构有关电场的分布第7页，共24页，2022年，5月20日，13点1分，星期日柱形电容器:设单位长度带电量为 电容只与结构有关第8页，共24页，2022年，5月20日，13点1分，

3、星期日三、电容器的串联和并联1. 并联电容器的电容：等效令总电容增大，耐压能力决定于耐压能力最小的电容。第9页，共24页，2022年，5月20日，13点1分，星期日2. 串联电容器的电容：等效令总电容减小，耐压能力增强。第10页，共24页，2022年，5月20日，13点1分，星期日2 电介质对电场的影响一.电介质的微观图象无外电场时：有极分子无极分子1.电介质：是由大量电中性的分子组成的绝缘体。无极分子:无外电场作用时，正负电荷中心重合有极分子：正负电荷中心不重合，相当于电偶极子2.电介质的分子：例如，CO2、 H2 、N2、 O2 、 He因无序排列对外总体不呈现电性。例如，H2O 、Hcl

4、 、CO 、SO2第11页，共24页，2022年，5月20日，13点1分，星期日位移极化取向极化 位移极化无极分子的极化主要是电子发生位移二、电介质的极化 取向极化有极分子的极化由于热运动，这种取向只能是部分的，遵守统计规律。电场电场第12页，共24页，2022年，5月20日，13点1分，星期日三、极化电荷在外电场中，均匀介质内部各处仍呈电中性，但在介质表面要出现电荷，这种电荷不能离开电介质到其它带电体，也不能在电介质内部自由移动。称它为束缚电荷或极化电荷。在外电场中，出现束缚电荷的现象叫做电介质的极化。第13页，共24页，2022年，5月20日，13点1分，星期日四、电介质对电场的影响是电介

5、质的特征常数，称为电介质的相对介电常数真空中：空气中：无限大均匀电介质中点电荷的场：电介质的介电常数第14页，共24页，2022年，5月20日，13点1分，星期日五、有电介质时电容器的电容电介质可增大电容量!真空中：有介质时：第15页，共24页，2022年，5月20日，13点1分，星期日 电容器的种类：纸介、云母、陶瓷、涤纶、独石、 聚四氟乙烯（CB）、电解电容等 电介质的击穿及耐压 广义电容：分布电容球形电容器：平行板电容器：任何两个存在压差的绝缘导体之间都会形成分布电容，只是大小问题。在高频电路、精密仪器和电路板中要注意降低分布电容影响。 第16页，共24页，2022年，5月20日，13点

6、1分，星期日3 电容器储能和静电场能量一、电容器储存的能量电容器充电过程可以等效为：将dq电荷从负极板移到正极板的过程电场力做功：电容器储能为：电容器储存的能量存在于两极板之间的电场之中第17页，共24页，2022年，5月20日，13点1分，星期日二、静电场的能量平板电容器能量密度：静电场能量密度：静电场能量：电位移矢量：第18页，共24页，2022年，5月20日，13点1分，星期日例：一个导体球半径为R，带电Q试求此带电球体系统的静电能。dV为全空间，即电场存在的地方。第19页，共24页，2022年，5月20日，13点1分，星期日例： 接地导体球附近有一点电荷,如图所示。求:导体上感应电荷的电量解:接地 即设:感应电量为o点的电势为0 则：第20页，共24页，2022年，5月20日，13点1分，星期日例、面积为 S，带电量 Q 的一个金属板，与另一不带电的金属平板平行放置。求静电平衡时，板上电荷分布及周围电场分布；若第二板接地，情况又怎样？S（可看成无限大）第21页，共24页，2022年，5月20日，13点1分，星期日设静电平衡后，金属板各面所带电荷面密度如图所示由已知条件：金属板内任一点的场强为零，由叠加原理得：以上四个方程联立可求出：设第22页，共24页，2022年，5月20日，13点1分，星期日由各板上的电荷面密度、静电平衡条件和高斯定理可得各区间的场强：