物理课件 第十二章 电容器和电介质

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1、第12章电容器和电介质§12.1电容器及其电容§12.2电容器的联接§12.3介电质对电场的影响§12.4电介质的极化§12.5D矢量及其高斯定律§12.6电容器的能量§12.7介电质中电场的能量§12.1电容器及其电容一.电容器导体容易带电，可以储存电荷。靠近的两个导体带电时会通过它们的电场相互发生影响形成电容器。+++++BA两个带有等值而异号电荷并有一定的电势差的导体所组成的系统，叫做电容器。CDBAqA+++++++-qA-------§12.1电容器及其电容二.电容器的电容＋Q+++++-Q电容器的作用储存电能的元件；在电路中：

2、通交流、隔直流；用途：发射机中振荡电流的产生接收机中的调谐整流电路中的滤波电子线路中的时间延迟交流电路中电流和电压的控制按可调分类：可调电容器、微调电容器、双连电容器、固定电容器按介质分类：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、微型电容器按形状分类：平板电容器、圆柱形电容器、球形电容器电容器的分类平行板d球形柱形三.电容器电容的计算1、计算步骤：2）计算极板间的电势差：1）设电容器两极板带有等量异号电荷q，求极板间的场强分布：3）由电容器电容定义计算电容：§12.1电容器及其电容2、

3、几种常见电容器电容的计算：（1）平板电容器（两块平行放置的相互绝缘的金属板）-----d+++++BAS平板电容器的电容与极板的面积成正比，与极板之间的距离成反比，还与电介质的性质有关。lR1R2（2）圆柱形电容器（两个同轴金属圆筒组成）hr（3）球形电容器（两个同心的导体球壳组成）RARBRARBR1R2＋Q-Q（4）孤立导体的电容例：求在空气中孤立导体球的电容：四.电容器的性能指标1．电容的大小2．耐(电)压能力U等效特点：每个电容器两端的电势差相等总电量：等效电容：结论：当几个电容器并联时，其等效电容等于几个电容器电容之和；并联使总

4、电容增大。总的耐压能力受耐压能力最低的电容器的限制各个电容器的电压相等；各个电容器的获得电量与电容成正比1、电容器的并联12.2电容器的联接等效特点:每个电容器极板所带的电量相等总电压等效电容结论：当几个电容器串联时，其等效电容的倒数等于几个电容器电容的倒数之和；等效电容小于任何一个电容器的电容，但串联可以提高电容的耐压能力；每个串联电容的电量相等，电压与电容成反比。2、电容器的串联并联电容器的电容等于各个电容器电容的和。串联电容器总电容的倒数等于各串联电容倒数之和。当电容器的电容量或耐压能力不被满足时，常用串并联使用来改善。串联使用：总

5、电容减小，总耐压能力提高并联使用：可以提高电容量，总的耐压能力受耐压能力最低的电容器的限制电介质的绝缘性能遭到破坏，称为击穿。讨论例12.1三个电容器按图连接，其电容分别为C1、C2和C3。求当电键K打开时，C1将充电到U0，然后断开电源，并闭合电键K。求各电容器上的电势差。解已知在K闭合前，C1极板上所带电荷量为q0=C1U0，C2和C3极板上的电荷量为零。K闭合后，C1放电并对C2、C3充电，整个电路可看作为C2、C3串联再与C1并联。设稳定时，C1极板上的电荷量为q1，C2和C3极板上的电荷量为q2，因而有KU0+q0-q0C1C2

6、C3解两式得因此，得C1、C2和C3上的电势差分别为§12.3电介质对电场的影响一.实验+Q–Q+Q–Q静电计测电压电介质是指不导电的物质，即绝缘体，内部没有可以移动的电荷。是由大量电中性的分子组成。如油、云母、瓷质插入电介质前后，极板带电量Q不变，两极板间的电压分别用U0、U表示，有：§12.3电介质对电场的影响是一个大于1的常数（P59），其大小随电介质的种类和状态(如温度）的不同而不同，是电介质的特征常数，称为电介质的相对电容率（或相对介电常量）～电介质的电容率（介电常量）极板间充满电介质时电容器的电容为真空电容的er倍。电介质内任

7、意点的电场强度为原来真空时电场强度的1/er§12.4电介质的极化电介质是由大量电中性的分子组成的绝缘体。分子中的正负电荷束缚很紧，介质内部几乎没有自由电荷。紧束缚的正负电荷在外场中要发生变化。一.电介质1、电荷重心模型＋＋——e-ee-e-2e2e+-2、电介质分子（1）极性分子（有极分子）分子的正、负电荷“重心”在无外场时不重合，分子存在固有电偶极矩(固有电矩)。如：HCl、H2O、CO等。-q+q=O--H+H+H2O++++不显电性取向极化+++++++++（2）非极性分子（无极分子）分子的正、负电荷“重心”在无外场时重合，无固有

8、电矩，但在外电场作用下，两种电荷的重心会分开一段微小距离，产生感生电矩。如：He、H2、N2、O2、CO2、CH4。=±C--H+H+H+H+CH4不显电性位移极化+++++++++二.电介质