电容器 静电场的能量

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1、《大学物理学》电子教案第三篇第二章　有导体、电介质存在时的静电场理学院物理系　张晚云引入：你知道吗引入：你知道吗【问题一】像机上的闪光灯是由什么器件提供电能的？【问题二】话筒中把声信号转换为电信号的器件是什么？【问题三】手机面板上的按键的工作原理是什么？3-2-4ss《大学物理学》电子教案电容器及其电容§3-2-4电容器及其电容一、孤立导体的电容一、孤立导体的电容【孤立导体】离其它导体或带电体都足够远的导体。例：真空中一个半径为R的球形孤立导体为一常量，取决于导体的形状及周围介质。RQ反映了孤立导体球在一定电势下储存电量能力的大小定义：——孤立导体的电容单位：法拉（F）说明⑴孤立导体电容

2、的大小反映了该导体在给定电势的条件下储存电量能力的大小；⑵孤立导体的电容只取决于孤立导体的几何形状，而与导体所带电量及导体的电势无关。估算:用孤立导体球要得到1F的电容，球半径为大？⑶微法1μF=10-6F皮法1pF=10-12F一、孤立导体的电容一、孤立导体的电容§3-2-4电容器及其电容二、双导体电容器的电容二、双导体电容器的电容+qA+Q-Q【双导体电容器】两个相互靠近而又绝缘的导体组成的封闭系统极板+Q同心球形电容器同轴柱形电容器ABS平行板电容器实际：电场线几乎全部集中于两极板之间即可。§3-2-4电容器及其电容电容器的分类按可调分类：可调电容器、双连电容器、固定电容器按介质分

3、类：空气电容器、云母电容器、陶瓷电容器、纸质电容器、电解电容器按体积分类：大型电容器、小型电容器、微型电容器电容器的符号固定：可调：二、双导体电容器的电容二、双导体电容器的电容§3-2-4电容器及其电容1、双导体电容器的电容+Q–QAB+++++–––––SdE（注：通常沿电场线积分）二、双导体电容器的电容二、双导体电容器的电容§3-2-4电容器及其电容例1一电容器的两极板都是连长为a的正方形金属板，两板并不严格平行，而有一夹角.证明：当d二、双导体电容器的电容二、双导体电容器的电容§3-2-4电容器及其电容时，略去边缘效应，它的电容为al(l>>R2–R1)RARBo二、双导体电容器的

4、电容二、双导体电容器的电容§3-2-4电容器及其电容极板越长，C越大；板间距越小，C越大当RB→时，孤立导体球电容结论：电容器的电容仅由电容器的结构及介质决定，与其带电状态无关与周围的带电体无关。电介质在电容器中的作用：（1）增大电容量，减小体积；（2）提高耐压能力。§3-2-4电容器及其电容二、双导体电容器的电容二、双导体电容器的电容2、电容器的应用举例【1】利用其进行快速充、放电，吸收或提供大的浪涌电流波，产生能量密度极高的脉冲。高能量闪光灯脉冲激光器高能粒子束武器§3-2-4电容器及其电容二、双导体电容器的电容二、双导体电容器的电容【2】利用其电容仅决定于几何结构与电介质，可实现

5、对各种非电学量的传感与测量。如：平行板电容器变间隙型变面积型变介质型P弹性膜片(动电极)固定电极§3-2-4电容器及其电容二、双导体电容器的电容二、双导体电容器的电容2、电容器的应用举例指纹识别【其他】特性：通交流、隔直流；通高频、阻低频；与其它元件组成振荡、调谐或延迟电路等；真空器件中建立各种电场；各种电子仪器中滤波、分频等。§3-2-4电容器及其电容二、双导体电容器的电容二、双导体电容器的电容结果:估算：设一平行板电容器的极板是边长为l的正方形，两极板之间的距离d=1mm。为使其电容为1uF，l=？l=10.6m思考:如何采用较小的极板又能获得较大的电容呢?办法:①改变电容器的结构(

6、如极板间充以电解质)；②改变其形状(如圆柱型电容器)；③通过电容器的不同组合方式；电容器的标称值电容量（C）耐电值（V）§3-2-4电容器及其电容二、双导体电容器的电容二、双导体电容器的电容串联并联§3-2-4电容器及其电容三、电容器的连接三、电容器的连接结　论（1）电容器串联可以提高电容器组的耐压能力。（2）电容器并联可以提高电容器组的容电能力。例1一平板电容器的极板面积为S，两板间距为d。若在两板间有一层相对介电常数r，厚度为t（t

7、油的相对介电常数为r，求如图所示同轴柱形电容器的电容。结果与讨论：利用这一结论可实现油量测量或液位监控。§3-2-4电容器及其电容随堂练习随堂练习例3五个电容联接如图，己知，试求A、B间电容.提示：故为对称桥路电容。可去掉。§3-2-4电容器及其电容随堂练习随堂练习例4在图示的电路中C1=C3=2μF，C2=C4=C5=1μFε=600V试求各个电容器上的电势差？提示：由环路定理由高斯定理§3-2-4电容器及其电容随堂练习随堂练习