电容器与介电质.ppt

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1、一、电势梯度1、等势面2、场强和电势的关系静电场中某点的电场强度，等于该点电势的负梯度上次课主要内容二、电荷在外场中的静电势能三、静电场的能量在真空中电场能量密度：在区域V中电场的能量：本章讨论：•介电质如何影响电场？•从电容器的工作原理,引入在电场作用下，介电质的电荷如何分布？•如何计算有介电质存在时的电场分布？介电质(Dielectric)，就是绝缘体—无自由电荷，不导电。请关注：介电质和导体在电学机制上的区别。第12章电容器和介电质§12.1电容器及其电容§12.3介电质对电场的影响§12.2电容器的联接§12.5D矢量及的高斯定理§12.4

2、介电质的极化目录§12.6电容器的能量§12.7介电质中电场的能量§12.5§12.7不讲一、孤立导体的电容Q,φ孤立导体【例】孤立导体球的电容§12.1电容器及其电容R二、平板电容器极板极板+Q-Q单位:法拉FSI量纲：三、园柱形电容器四、球形电容器对于孤立导体球：R2R1Ler电容器的应用储能、振荡、滤波、移相、旁路、耦合等。电容器的分类按形状分：平行板、柱形、球形电容器等。按介质分：空气、陶瓷、涤纶、云母、电解电容器等。按用途分：储能、振荡、滤波、移相、旁路、耦合电容器等。2.5cm高压电容器(20kV5~21F)(提高功率因数)聚丙烯

3、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)12cm2.5cm70cm串联：并联：§12.2电容器的联接例P58,例12.1+Q-QE0U0+Q-Q—相对介电常数变压器油：r～2.24钛酸钡：r～103—104铁电体电介质E，U电场被削弱：§12.3介电质对电场的影响端面出现电荷如何解释上述实验结果？束缚电荷的电场E′不能全部抵消E0，只能削弱总场E.++++++++++++-----------------++++++++--------机制与导体有何不

4、同？－“束缚电荷”（boundcharge）或“极化电荷”。介电质情况：电中性的分子中，带负电的电子(或负离子)与带正电的原子核(或正离子)束缚得很紧，不能自由运动－束缚电荷或极化电荷。一、介电质的电结构电偶极子模型：每一个分子中的正电荷集中于一点，称为正电荷重心；负电荷集中于另一点，称为负电荷重心—两者构成电偶极子§12.4介电质的极化（polarization）固有电偶极矩1、有极分子(Polarmolecule)—极性电介质例如HCl、H2O、COH2O...OHHHO+H+分子正负电重心不重合有固有电偶极矩二、有极分子和无极分子~10–30

5、C·m分子HCl3.43H2S5.3HBr2.60SO25.3HI1.26NH35.0CO0.40C2H5OH3.66分子p/(1030Cm)p/(1030Cm)H2O6.2有极分子的电偶极矩分子正负电中心重合无固有电偶极2、无极分子(Nonpolarmolecule)例如H2、O2、CO2、CH4CH+H+H+H+—非极性电介质三、介电质的极化(Polarization)在外电场作用下，介电质表面出现正负电荷层的现象—电极化极化机制无极分子位移极化有极分子取向极化++++++++++++++++++++1、无极分子的位移极化无外电场：正负

6、电荷重心重合，介质不带电加外电场：产生感生电偶极矩主要是电子（云）移动极化的效果：端面出现束缚电荷2、有极分子的取向极化无外电场：固有电偶极矩热运动，混乱分布，介质不带电。++++++++++++加外电场：外场取向与热混乱运动达到平衡。++++++++++++++++极化的效果：端面出现束缚电荷四、充满介电质时电容器的电容P62,例12.2,例12.3一、电容器及其电容1、孤立导体的电容:上次课主要内容2、平板电容器:3、园柱形电容器:R2R1Ler4、球形电容器5、孤立导体球：６、单位:法拉F二、电容器的联接串联：并联：三、介电质对电场的影响+Q

7、-QE0U0+Q-Q电介质E，U电场被削弱：四、介电质的极化(Polarization)在外电场作用下，介电质表面出现正负电荷层的现象—电极化极化机制无极分子位移极化有极分子取向极化++++++++++++++++++++++++++++++++++++给定自由电荷分布，如何求稳定后的电场分布和束缚电荷分布？电荷重新分布···E0E1E2···E实际计算：引入一个包含束缚电荷效应的辅助量D，直接求D，再求E.存在介质时，静电场的规律：给定自由电荷分布电场束缚电荷分布电场重新分布迭代计算：§12.5D矢量及其高斯定理E的高斯定理：一

8、、电位移矢量D--D的高斯定理束缚电荷自由电荷,总场强,电介质自由电荷Sq0内q内实验指出:定义(引入)电位移矢量：D的