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4 静电场中的电介质.ppt

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第四章 静电场中的电介质,第四章 静电场中的电介质,二、基本概念,电介质:电阻率很大、导电能力很差的绝缘体称为电介质;电介质分为极性分子和无极性分子两类。电介质放入电场中,介质表面出现极化电荷,反过来影响电场的分布。,电极化强度矢量 :电介质内部某点附近的单位体积的分子电偶极矩的矢量和,即,,实验证明,在各向同性的电介质中, ,,式中,是电介质的相对介电常数,是一个无单位的纯数。,为介质中总的电场强度。,,电容: 电容是表征导体或导体组储存电荷能力的物理量。,,电容器并联在满足耐压的情况下,增大电容量,且每个电容器两端电压相等,并等于等效电容器的两端的电压。,电容器串联可提高耐压能力,且每个电容器的两极板上都带有相同的等量异号电荷,并等于等效电容器两极板上的电荷。,静电场的能量:在电荷移动过程中,外力必须做正功。外力做的功转化为电能储存在电场中。孤立导体或电容器储存的电场能量为,整个电场空间的总能量为,积分区域遍及整个电场所在的空间。,带电电容器周围存在静电场。实际上,带电电容器的能量储存在整个电场空间,是电场的能量。单位体积内的能量(能量体密度)为,,例题1,1、一空气平行板电容器,充电后把电源断开,这时电容器中储存的能量为 W0,然后在两极板之间充满相对介电常数为 的各向同性均匀电介质时,则该电容器中储存的能量为[ ]。,(A),(B),(C),(D),例题2,2、一空气平行板电容器始终与电源相连,这时电容器中储存的能量为 W0,然后在两极板之间充满相对介电常数为 的各向同性均匀电介质时,则该电容器中储存的能量为[ ]。,,(A),(B),(C),(D),,例题3,,,,,,3、一空气平行板电容器始终与一端电压一定的电源相连,当电容器两极板间为真空时,电场强度为 ,电位移为 ,然后在两极板之间充满相对介电常数为 的各向同性均匀电介质时,场强度为 ,电位移为 ,则[ ]。,(A),(B),(C),(D),例题4,,,,,,4、一空气平行板电容器,充电后把电源断开,当电容器两极板间为真空时,电场强度为 ,电位移为 ,然后在两极板之间充满相对介电常数为 的各向同性均匀电介质时,场强度为 ,电位移为 ,则[ ]。,,(A),(B),(C),(D),,例题5,5、将一空气平行板电容器接到电源上充电到一定电压下,断开电源,再将一块极板面积相同的金属板平行的插入两极板之间,则由于金属板的插入及其位置的不同,对电容器储能的影响为[ ]。,(A)储能减少,但与金属板相对极板的位置无关;(B)储能减少,但与金属板相对极板的位置有关;(C)储能增加,但与金属板相对极板的位置无关;(D)储能增加,但与金属板相对极板的位置有关。,,例题6,,6、一个带电量为 q,半径为 R的薄金属壳里充满了相对介电常数为 的均匀电介质,球壳外为真空,则球壳的电势U为[ ]。,,例题7,7、真空中有一均匀带电导体球,半径为R,所带的电量为Q,则导体球产生的静电场的能量为[ ]。,,例题8,8、如图所示,两个同样的平行板电容器A和B串联后接在电源上,再把电容器B充满相对介电常数为 的均匀电介质,则电容器A中的电场强度EA与电容器B中的电场强度EB的变化情况是[ ]。,(A)EA不变,EB增大;,(B)EA不变,EB减小;,(C)EA减小,EB增大;,(D)EA增大,EB减小。,例题9,9、分子的正负电荷中心重合的电介质叫做 电介质,在外电场作用下,分子的正负电荷中心发生相对位移, 形成 。,非极性分子,电偶极子,例题10,10、空气平行板电容器充电后与电源断开,两板之间用均匀电介质 充满,比较充介质前后的 , , , 。,例题11,11、带电量为 Q0的导体球外部,有一层相对介电常数为 的介质球壳,如图所示,在介质球壳内、外分别有两点 p1和p2,已知OP1=r1,OP2=r2,则DP1= ,DP2= ,EP1= ,EP2= .,解:根据电介质中的高斯定理,得,同理,由,得,例题12,12、一空气平行板电容器的面积为 S,板间距为 d,(1)插入厚度为 d/2、相对介电常数为 的电介质后,其电容改变了多少?(2)若两极板的带电量分别为±Q,将该介质板从电容器中全部抽出时外力做多少功?,,解:(1)真空时的电容为,,插入介质后,电容器的电容为,,而,所以,电容的改变量为,(2)将介质板从电容器中全部抽出时外力做功为,,例题13,13、如图所示真空中,半径为 R1和R2的两个导体球,相距很远,求(1)两球的电容?(2)当用很长的细导线将两球连接后,利用电容的定义求此系统的电容?(3)
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