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1、学期大学物理课时安排 64学时 第9-13章 电磁学 (上册) 第14-16章 热学(下册) 第19-21章 波动光学(下册),9.1 电容器及电容,9-1-1 孤立导体的电容,导体具有储存电荷的本领,电容：孤立导体所带电量q与其电势V 的比值。,法拉（F= CV-1 ）,尖端放电：,例： 孤立导体球,孤立导体球的电容为：,电势：,孤立导体的电容仅取决于导体的几何形状和大小，与导体是否带电无关。,地球的电容：,9-1-2 电容器,电容器：,一种储存电能的元件。由电介质隔开的两块任意形状导体组合而成。两导体称为电容器的极板。,电容器电容：极板电量q与极板间电势差VAB之比值。,按形状：柱型、球型
2、、平行板电容器 按结构：固定、可变、半可变电容器 按介质：空气、塑料、云母、陶瓷等 特点：非孤立导体，由两极板组成,电容器分类,9-1-3电容器的计算,1、平板电容器,电容：,2. 球形电容器,当,3. 圆柱形电容器,由介质高斯定理计算得：,圆柱形电容器电容：,设极板间距为d， RB = RA +d,当d RA时,（ ）,计算电容器电容的步骤：,1、计算极板间的场强E,2、计算极板间的电势差,3、由电容器电容定义计算C,9-2 电容器的联接,1.电容器的串联,设各电容带电量为q,等效电容：,2. 电容器的并联,总电量 ：,等效电容：,并联电容器的等效电容等于个电容器电容之和。,结论：,9.3
3、介电质对电场的影响,分子中的正负电荷束缚的很紧，介质内部几乎没有自由电荷。,电介质的特点：,电介质：,电阻率很大，导电能力很差的物质，即绝缘体。,（常温下电阻率大于107欧米）,9.3.1电介质及其特点,电介质对电场的影响 相对电容率,两大类电介质分子结构：,分子的正、负电荷中心在无外场时重合。不存在固有分子电偶极矩。,1. 无极分子：,=,9.4 电介质的极化,分子的正、负电荷中心在无外场时不重合，分子存在固有电偶极矩。,2. 有极分子：,=,电偶极子,1、无极分子的位移极化,在外电场的作用下，介质表面产生的电荷称为极化电荷或称束缚电荷。此现象称为电介质的极化。,无极分子在外场的作用下由于正
4、负电荷发生偏移而产生的极化称为位移极化。,2、有极分子的转向极化,有极分子在外场中发生偏转而产生的极化称为转向极化。,四 极化电荷与自由电荷的关系,+ + + + + + + + + + +,- - - - - - - - - - -,- - - - -,+ + + + +,外电场：,极化电荷产生的电场：,介质内的电场：,END,结论:由于电介质的极化,电介质的表面出现了与邻近板符号相反的束缚电荷,束缚电荷也在两极板间产生电场,极化后介质内部总场强削弱,9.5 有介质时的高斯定理,封闭曲面S所包围的自由电荷。,封闭曲面S所包围的极化电荷。,极化电荷难以测得,定义电位移矢量：,介质中的高斯定理：
5、 在静电场中，通过任意封闭曲面的电位移通量等于该曲面所包围的自由电荷的代数和。,注意：,电位移矢量 是一个辅助量。描写电场的基本物理量是电场强度 。,只适用于各向同性的均匀介质。,未放入介质时,极化后介质内部场强削弱,自由电荷与极化电荷共同产生场,介质中无自由电荷，所以 D 线是连续的。,有介质时静电场的计算,1. 根据介质中的高斯定理计算出电位移矢量。,2. 根据电场强度与电位移矢量的关系计算场强。,高斯面是取向外为正方向,例2.一平行板电容器充以两种不同的介质，每种介质各占一半体积。求其电容量。,解：,并联,例4.一平行板电容器，中间有两层厚度分别为d1和d2的电介质，它们的相对介电常数分别为r1和r2，极板面积为S。求电容。,解：,例5. 球形电容器由半径为R1的导体球和内半径为R3的导体球壳构成，其间有两层均匀电介质，分界面的半径为R2，相对介电常数分别为r1和r2 。求：电容。,R1,R2,R3,r1,r2,解：,介质1,介质2,9.6 电容器的能量,因为,所以,6-4-3 电场的能量,电容器体积：V = Sd,以平板电容器为例：,电场的能量密度：单位体积电场所具有的能量,结论：电场的能量密度与电场强度的平方成正比,电场能的计算式：,注意：对于任意电场，上式普遍适用。,例2. 真空中一半径为a，带电量为Q 的均匀球体的静电场能。,解：,球内场强：,球外场强：,