《物理学原理及工程应用》课件0405电容.pptx

1、01 电容器的电容电容器的电容 1 孤立导体的电容孤立导体的电容 2 电容器电容器3 电容器的串连和并联电容器的串连和并联02 电容器的能量电容器的能量 03 电场能量电场能量 4.5 电容 电场能量常见的电容器常见的电容器闪光灯的能量就是闪光灯的能量就是存储在电容器中的存储在电容器中的无极性电容器 电解电容器 可变电容器孤立导体孤立导体 带电量发生变化，其电势也随之变化带电量发生变化，其电势也随之变化理论和实验表明：理论和实验表明：对于孤立带电导体对于孤立带电导体电量与电势之比为常数！电量与电势之比为常数！QCQC04CR 不同导体，如果电势相同不同导体，如果电势相同 电容越大，导体带电越多

2、电容越大，导体带电越多 半径半径R带电带电Q的孤立导体球的孤立导体球 与导体的形状，大小尺寸有关与导体的形状，大小尺寸有关 QC014QR电容单位：法拉电容单位：法拉F 微法微法 皮法皮法 FpF61211010FFpF0EUEd0QSCUdS d2极板间电场极板间电场电势差电势差0QdSQCU极板电量极板电量极板电压极板电压0QS地球表面外的大气层电容器模型负极板（地球表面）正极板（大气电荷）大气，电介质，极板间的大气电阻2014QEr21RRUE drQCU两个同心导体球壳构成，带电两个同心导体球壳构成，带电Q和和Q210124QRRR R球壳间的场强球壳间的场强012214R RRR电势

3、差电势差212014RRQdrr02Er21RRUE drQCU两同轴圆柱型导体构成两同轴圆柱型导体构成导体间的场强导体间的场强电势差电势差201ln2qRLR0212ln()LRR2102RRdrr在两个极板之间充满某种介质在两个极板之间充满某种介质可减小电势差，从而提高电容器的电容可减小电势差，从而提高电容器的电容 实验得出实验得出0rCC0rSSdd 相对介电常数相对介电常数0rCC0r 介质的介电常数介质的介电常数1234UUUUU1234QQQQUCCCC123411111UCQCCCC电路两端的电压电路两端的电压12341111()QCCCC1234QQQQQ1234QCUC UC

4、 UC U1234QCCCCCU电容并联电容并联 增加容电量增加容电量 电路两端的电量电路两端的电量1234()CCCC U【例题例题】两只电容器，两只电容器，C1=8F，C2=2F，分别把它们充电到，分别把它们充电到1000V，如图所示，然后将它们反接，计算此时两极板间的电，如图所示，然后将它们反接，计算此时两极板间的电势差。势差。反接前反接前 Q1UC18103C Q2UC2 2103C UQ1C1Q2C2反接后，反接后，平衡后，两电容器极板的电压相同平衡后，两电容器极板的电压相同 Q1Q2Q1Q2 6103C Q2Q14 Q265103C UQ2C2 600V 开关开关K接通接通 a 外

5、电源对电容器充电外电源对电容器充电 开关开关K接通接通 b 灯泡发光灯泡发光电容器可以从外界获得能量而储存下来电容器可以从外界获得能量而储存下来也可向外界放出能量也可向外界放出能量电场能的计算电场能的计算()()q tU tC()dAdqU t0()Qq tAdqCt 时刻两板间的电势差时刻两板间的电势差A板上电荷增加板上电荷增加dq 电源做功电源做功充电结束充电结束22QC()q tdqC平行板电容器平行板电容器充电过程充电过程21212ACUAQUQCU 电容器的电场能量电容器的电场能量212WCU0UEdSCd2012WE Sd2012eWwEV2012VWE dV212WCU静电场能量

6、密度静电场能量密度 电场能量电场能量 平行板电容器情形平行板电容器情形 电荷是能量的携带者！电荷是能量的携带者！平行板电容器的电场能量平行板电容器的电场能量22QWC2012VWE dV电场能量电场能量 能量存在于电场中能量存在于电场中!变化的电场和磁场表明能量属于电场！变化的电场和磁场表明能量属于电场！难以判断静电场能量究竟是电荷携带还是电场携带！难以判断静电场能量究竟是电荷携带还是电场携带！【思考题】一个均匀带电球面和一个均匀带电的球体，带电量相同，哪个的静电能比较大呢？,计算一个均匀带电球面的静电能，球面半径计算一个均匀带电球面的静电能，球面半径R，带电为，带电为Q 带电球电场强度的分布

7、带电球电场强度的分布空间电场能量密度空间电场能量密度2012ewEeVWw dV24dVr dr W12004r2droR120(140Qr2)24r2drR空间的电场能量空间的电场能量 WQ280R,计算一个均匀带电球体在空间的电场能量密度和它的静计算一个均匀带电球体在空间的电场能量密度和它的静电能，电能，球体半径球体半径R，带电为，带电为Q 带电球电场强度的分布带电球电场强度的分布空间电场能量密度空间电场能量密度2012ewEeVWw dV24dVr dr22220032001111()4()42424RoRQrQWr drr drRr空间的电场能量空间的电场能量20320QWR Z machine at Sandia National Laboratories in New Mexico美国新墨西哥州的桑迪亚国家实验室里放置着一个名为“Z机”(Z Machine)的装置，或许能找到解决世界能源短缺问题的答案，这个装置一旦用少量的电引燃，便可以产生290太瓦（1012）的电量-这相当于全球发电总量的80倍。现在，这股电力仅能在持续七百亿分之一秒的脉冲中释放。