静电场大学物理

关于静电场大学物理1、处于静电平衡状态的导体的电场和电势导体内部任何一点处的电场强度为零导体表面处的电场强度的方向,都与导体表面垂直导体是等势体，导体表面是等势面2、处于静电平衡状态的导体上电荷的分布导体内部无电荷。空腔内无电荷时，导体所带电荷全部分布在外表面上，内表面无电荷。空腔内有电荷时，内表面因静电感应出现等值异号的电荷，外表面除导体所带电荷外，还有感应电荷。只要处于静电平衡状态，与导体的形状、原来是否带电都无关。回顾第2页,共25页，2024年2月25日，星期天3、有导体存在时静电场的分析方法依据：电荷守恒，静电平衡条件，高斯定理空腔导体可以屏蔽外电场,整个空腔导体和腔内的电势相等.接地空腔导体使外部空间不受空腔内的电场影响。接地导体电势取为零4、电介质与静电场的相互作用介质充满电场电荷的产生：感应电荷的数量：守恒电介质对电场的影响介质中电场减弱无极分子位移极化有极分子取向极化

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0第3页,共25页，2024年2月25日，星期天通过高斯面的电位移通量等于高斯面所包围的自由电荷的代数和，与极化电荷及高斯面外电荷无关。据图

r+++++++++---------+++++++++++++++++--------------------有电介质时的高斯定理定义：当为常矢量，可得：第4页,共25页，2024年2月25日，星期天平板电容器中充介质的另一种情况由极板内为等势体考虑到•各电介质层中的场强相同•相当于电容器的并联第5页,共25页，2024年2月25日，星期天

6.5电容电场的能量

capacitanceandcapacitor

电容器的电容孤立导体的电容电容器的联接第6页,共25页，2024年2月25日，星期天

电容器电容

定义：电容器带电量与其电压之比1.构成：两金属极板，其间充以电介质。2.指标：电容量、耐压一.电容器及其电容量(capacitor)++++++------单位

第7页,共25页，2024年2月25日，星期天2.5厘米高压电容器(20kV5~21F)(提高功率因数)聚丙烯电容器(单相电机起动和连续运转)陶瓷电容器(20000V1000pF)涤纶电容(250V0.47

F)电解电容器(160V470

F)12厘米2.5厘米70厘米第8页,共25页，2024年2月25日，星期天二孤立导体的电容(capacitanceofisolatedconductor)地球

电容量的大小仅与导体的形状、相对位置、其间的电介质有关.与是否带电、带电多少无关.三电容器电容的计算1）设两极板分别带电；2）求；3）求；4）求.步骤第9页,共25页，2024年2月25日，星期天1

平板电容器(platecapacitor)++++++------（2）两带电平板间的电场强度（1）设两导体板分别带电（3）两带电平板间的电势差（4）平板电容器电容第10页,共25页，2024年2月25日，星期天

例1

平行平板电容器的极板是边长为的正方形，两板之间的距离.如两极板的电势差为，要使极板上储存的电荷,边长应取多大才行.解第11页,共25页，2024年2月25日，星期天2圆柱形电容器(cylindricalcapacitor)（3）（2）（4）电容++++----（1）设两导体圆柱面单位长度上分别带电第12页,共25页，2024年2月25日，星期天3球形电容器的电容(sphericalcapacitor)球形电容器是由半径分别为和的两同心金属球壳所组成．(1)

设内球带正电（），外球带负电（）．＋＋＋＋＋＋＋＋孤立导体球电容*(2)(3)(4)第13页,共25页，2024年2月25日，星期天单位长度的电容解设两金属线的电荷线密度为

例2两半径为的平行长直导线中心间距为，且,求单位长度的电容.第14页,共25页，2024年2月25日，星期天*电容器的联接(connectionofcapacitors)１电容器的并联(capacitorsinparallel)２电容器的串联(capacitorsinseries)＋＋第15页,共25页，2024年2月25日，星期天平行板电容器，充有两种均匀电介质。第16页,共25页，2024年2月25日，星期天四.带电系统的能量

要使一个系统带上电荷,外界必需对系统作功,即要消耗能量,因此,带电系统便有了能量。远处(设)迁来电量时,外界作功

当迁来总电量时,外界作功

设该带电系统的能量为,则

第17页,共25页，2024年2月25日，星期天+++++++++---------电容器贮存的电能+五.电容器的电能第18页,共25页，2024年2月25日，星期天六.静电场的能量能量密度(energydensity)物理意义电场是一种物质，它具有能量.电场空间所存储的能量电场能量密度第19页,共25页，2024年2月25日，星期天

例1

如图所示,球形电容器的内、外半径分别为和，所带电荷为．若在两球壳间充以电容率为

的电介质，问此电容器贮存的电场能量为多少？解第20页,共25页，2024年2月25日，星期天（球形电容器电容）讨论（1）（2）（孤立导体球贮存的能量）第21页,共25页，2024年2月25日，星期天解

例2如图圆柱形电容器，中间是空气，空气的击穿场强是，电容器外半径.在空气不被击穿的情况下，内半径可使电容器存储能量最多.（空气）单位长度的电场能量++++----++++++++________第22页,共25页，2024年2月25日，星期天++++----++++++++________第23页,共25页，2024年2月25日，星期天思考题14-8平行板电容器充电后，如果切断电源，使两极板间的距离增大。问两极板间电势差、极板间场强、电容器电容如何改变？如果不切断电源而增大两极板间距。则极板上电荷面密度、极板间场强、电容器电容又如何改变？

电容器充电后切断电源，极板上的电量保持不变。使两极板间的距离增大，则电容器电容