常见介质的相对介电系数第四章电容器
电磁学4-电介质电容ed
E 1 d ( 1 S 1 ) S 0 , E 2 d 2 S 0
因为两式左侧相等，所以 112
由电荷守恒，有 1S/22S/2Q
D 1 1 ,E 1 D 1 /0r 1 /0r 0
P1D10E1r r11, 1 P1 1rr 1
8.2 静电场中的电介质
一、电介质模型： 1. 各向同性的绝缘体； 2. 电介质的价电子处于束缚状态，不导电。
二、电介质对电场的影响：
电介质使外电场减小 E E 0
r > 1，相对介电常数 r
真空
r= 1
空气(0℃,1atm) r= 1.00059
纯水(0℃,1atm) r= 80.2
+q
导体
–q'
0E0 空隙
D 0E
P
电介质
+q' –q
0E0
空隙 导体
三、E, P, D的总结：
1. 电场强度 E的物理意义：单位正试验电荷的受力。
真空中关于静电场的所有讨论都适用于介质，包括 高斯定理、电势的定义、电场的环路定理等。
2. 电极化强度 P的物理意义：单位体积内的电偶极
D Q
S
E10 D r10Q r1S, E20Q r2S
P 1 1 D P 1 n 1 0 E 1 P 1 c r1r 11 Q S o P 1 ,, P 22 s P r2 1 rc 210 Q S P 1 os
r
S
d –Q
C Q 0rS
V d
电介质 d
E0 D/0 /0
(2) 仍取柱形高斯面 (下)，
电容与介电常数的关系
电容与介电常数的关系
电容是电学中的一个重要概念，它是指电容器存储电荷的能力。
电容器是由两个导体板和介质组成的，介质的介电常数是影响电容大小的重要因素。
介电常数是介质相对真空的电容率，它描述了介质中电场的传播速度和电荷的分布情况。
介电常数越大，电场在介质中的传播速度越慢，电荷分布越均匀，电容器的电容就越大。
介电常数的大小与介质的性质有关，不同的介质具有不同的介电常数。
例如，真空的介电常数为1，空气的介电常数约为1.0006，而水的介电常数则为80.4。
这意味着，如果我们将两个相同大小的电容器，一个使用空气作为介质，另一个使用水作为介质，那么使用水作为介质的电容器的电容将比使用空气作为介质的电容器的电容大80倍左右。
介电常数的大小还受到温度、压力、湿度等因素的影响。
例如，随着温度的升高，介电常数通常会降低。
这是因为温度升高会使介质中的分子运动加剧，导致电荷分布不均匀，从而降低电容器的电容。
同样，湿度的增加也会降低介质的介电常数，因为水分子会干扰电场的传播。
介电常数是影响电容器电容大小的重要因素。
介质的介电常数越大，电容器的电容就越大。
因此，在设计电容器时，我们需要选择合适的介质，以获得所需的电容大小。
同时，我们还需要注意介质的温
度、压力、湿度等因素对介电常数的影响，以确保电容器的性能稳定。
大学物理 第十四讲 电容器 电介质讲解
c
f E 它的 P E曲线如图。
0
oa……电极化有饱和现象。
d -Pr e
Pr ……剩余电极化强度。 封闭曲线称为“电滞曲线”
铁电体的相对介电常数很大 , r :102～104
所以可以作成体积小，电容量大的电容器。
而且 r 随 E 而变，即电容量随电压而变，
可以作成“非线性电容器”。
二. 压电效应 铁电体和某些晶体（石英,电气石等）, 在拉伸或 压缩时也会发生极化现象， 在某些表面上出现极化电荷。 这称为 压电效应。
0 。
ΔV
ΔV
（ P 是常矢量）
以后可知，在静电场中的各向同性均匀电介质内，
无自由电荷处，必无极化体电荷。
为什么带静电的梳子 能吸引小纸屑、水柱？
应用举例：
静电喷漆
静电空气清洁机
五、电介质的击穿
当外电场很强时，电介质的正负电中心 有可能进一步被拉开,出现可以自由移动的 电荷,电介质就变为导体了，这称为击穿。
设 D D（r）rˆ
过场点 P 作高斯面 S如图，半径为 r
r
R1
S
D d s q0
S D 4 π r 2 q0
R2
r
0
导体q0
P D E
D
q0 4πr2
rˆ
此式对导体外的电介质、电 介质外的真空区域都适用。
D
q0 4πr2
rˆ
•电介质内：场点 E介质内 D
9.2 电容器及电容 capacitor ， capacity
一.孤立导体的电容
定义
给定孤立导体，有 U Q C Q
单位（ SI ）:法拉 F
电介质与电容器能量
电介质与电容器能量电容器作为储存电能的重要器件，在电子电路和电力系统中扮演着至关重要的角色。
而电介质作为电容器中的关键组成部分，则决定了电容器的电性能和能量储存能力。
本文将探讨电介质与电容器之间的能量关系，并分析其对电容器性能的影响。
一、电介质的基本概念与电性能电介质，也称为绝缘体，是一种能够阻碍电荷流动的物质。
在电场作用下，电介质会发生极化现象，即在电介质中会产生正负电荷分离的现象，并形成电偶极矩。
电介质的电性能取决于其导电性的强弱以及电介质分子的极化程度。
不同种类的电介质具有不同的极化特性。
常见的电介质包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯等有机电介质，以及氧化铝陶瓷、二氧化硅等无机电介质。
对于有机电介质来说，其导电性相对较高，而无机电介质则具有较好的绝缘性能。
二、电容器的构成与工作原理电容器由两个导体板（分别作为正极和负极）之间的电介质组成。
当电容器处于充电状态时，电荷会在两个导体板之间积累，形成电位差。
这时，电介质的极化现象就会发生，并在电介质中储存电能。
电容器的电容量取决于三个基本参数：导体板面积（A）、导体板间距（d）以及电介质的相对介电常数（εr）。
根据电容器的公式可知，电容量（C）与这三个参数成正比。
C = εr * ε0 * A / d其中，ε0是真空中的介电常数，为常数。
由此可见，电介质的相对介电常数对电容量的影响非常重要。
三、电介质对电容器能量的影响1. 增加电容量：电介质的相对介电常数εr越大，意味着电容器的电容量会增加。
较高的电容量意味着电容器可以存储更多的电荷，并具有更高的能量储存能力。
2. 提高击穿电压：电介质的绝缘性能决定了电容器的击穿电压。
当电介质的绝缘性能较好时，电容器可以承受更高的电压，从而提高了其能量储存能力。
3. 减少能量损耗：部分电介质具有较高的介电损耗，即在电场作用下会有能量转化为热能而损耗掉。
因此，选择低介电损耗的电介质可以减少能量损耗，提高电容器的效率。
电容器和电介质实验 - 研究电容器和电介质的性质和应用
在实验设计上，我们可能忽略了一些影响实验结果的因素，如温度、湿度等环境因素。未来需要更加全 面地考虑实验设计，以减小实验误差。
展望未来发展趋势和可能创新点
开发新型高性能电容 器
随着科技的不断发展，对电容器 性能的要求也在不断提高。未来 可以研究和开发新型高性能电容 器，如超级电容器、柔性电容器 等，以满足不同领域的需求。
03
电介质基本性质实验
观察电介质极化现象
极化现象描述
在电场作用下，电介质内部正负电荷中心发生相对位移，形成电偶 极子，从而导致电介质表面出现束缚电荷的现象。
实验方法
通过施加外电场，观察电介质内部电荷分布和表面电荷的变化情况 ，记录并分析实验数据。
实验结果
实验表明，在电场作用下，电介质内部发生极化现象，且极化程度与 电场强度、电介质性质有关。
通过实验探究电容器串联、并联时总 电容、电压分配等特性，加深对电容 器工作原理的理解。
电容器充放电过程
观察并记录电容器充放电过程中的电 流、电压变化，分析充放电速度与电 容器性能的关系。
分析电介质在电场中行为
01
02
03
电介质极化现象
观察电介质在电场作用下 的极化现象，分析极化程 度与电场强度、电介质性 质的关系。
温度对电容器与电介质影响
02
研究温度对电容器性能及电介质特性的影响，分析温度效应的
产生机理。
电容器老化与电介质关系
03
通过观察电容器老化过程中的性能变化，分析其与电介质性能
退化的关系。
为实际应用提供理论支持
高性能电容器设计
基于实验结果，为高性能电容器的设计提供理论指导和优化建议 。
电容器选型与应用
高中物理电容器介质变化
高中物理电容器介质变化引言：在学习物理的过程中，电容器是一个重要的概念，它由两个导体板及其之间的介质组成。
电容器的性能取决于介质的性质。
本文将讨论高中物理中介质变化对电容器性质的影响。
什么是电容器？电容器是一种能够储存电荷的装置。
它由两个相互平行的金属导体板组成，中间由一种介质（如氧化铝或聚乙烯）隔开。
当电容器连接到电源时，正电荷聚集在一个板上，而负电荷聚集在另一个板上。
这样，两个板之间就会形成电场。
介质如何影响电容器的性质？介质的选择在电容器性质方面起着至关重要的作用。
不同类型的介质具有不同的电容性能和特性。
1. 电容器的介电常数：介质的介电常数是描述材料相对于真空的电场强度的性质。
介电常数越大，电场的效应就越强。
因此，对于相同的电荷和电压，具有较大介电常数的介质能够存储更多的电荷。
这意味着，电容器的电容量与介质的介电常数成正比。
2. 介质的耐电压性能：介质能够承受的最大电场强度称为耐电压强度。
不同的介质具有不同的耐电压能力。
一般来说，好的介质应该能够在高电压下保持稳定，而不会导致击穿。
对于相同的电场强度，具有较高耐电压能力的介质能够用于制造高电压电容器。
3. 介质的导电性：介质的导电性对电容器的性能也有影响。
对于电容器来说，越绝缘的介质越好，因为它可以有效地阻止电荷的漏失。
因此，大多数电容器的介质都是非导体。
然而，并非所有的介质都是完全绝缘体。
一些介质具有一定的导电性，这可能会导致介质中的电流流动，从而导致能量损耗和电容器性能的下降。
4. 介质的热稳定性：介质的热稳定性是指在高温下的耐受能力。
一些介质在高温下会变软或分解，这会导致电容器的损坏。
因此，对于需要在高温条件下工作的电容器，选择具有较高热稳定性的介质是非常重要的。
实际应用：基于不同介质的性能特点，电容器可以应用于各种场景。
以下是一些实际应用的例子：1. 电子设备：电容器在电子设备中被广泛应用，如电视、手机、计算机等。
这些设备需要储存电荷以供后续使用，并且需要具有稳定性和高效性能的电容器。
电磁学第四章答案全
第四章 习题2、平行板电容器（面积为S,间距为d ）中间两层的厚度各为d 1和d 2（d 1+d 2=d ），介电常数各为1ε和2ε的电介质。
试求：（1）电容C ；（2）当金属板上带电密度为0σ±时，两层介质的分界面上的极化电荷密度'σ；（3）极板间电势差U;（4）两层介质中的电位移D ； 解：（1）这个电容器可看成是厚度为d 1和d 2的两个电容器的串联：12210212121d d SC C C C C εεεεε+=+=（2）分界处第一层介质的极化电荷面密度（设与d 1接触的金属板带正电）1111011111εσεεεσ)(E )(P '-=-=-=⋅=分界处第二层介质的极化电荷面密度：21222022211εσεεεσ)(E )(P n P '--=--=-=⋅=所以， 21021211εεσεεσσσ+-=+=)('''若与d 1接触的金属板带负电，则21021211εεσεεσσσ+--=+=)('''（3）2101221202010102211εεσεεεεσεεσ)d d (d d d E d E U +=+=+= （4）01101σεε==E D ，02202σεε==E D4、平行板电容器两极板相距3.Ocm ，其间放有一层02.=ε的介电质，位置与厚度如图所示，已知极板上面电荷密度为21101098m /c .-⨯=σ，略去边缘效应，求: (1)极板间各处的P 、E 和D 的值;(2)极板间各处的电势(设正极板处00=U ); (3)画出E-x ，D-x ，U-x 曲线;解：（1）由高斯定理利用对称性，可给出二极板内：2111098m /c .D e -⨯==σ（各区域均相同），在0与1之间01==P ,r ε，m /V DE 20101⨯==ε在1与2之间210000010454112m /c .D)(E )(P ,r r r -⨯=-=-==εεεεεεε，m /V D E r500==εε 在2与3之间，01==P ,r ε，m /V DE 20101⨯==ε（2）0=A V ：0-1区：,x dx E V xD 100=⋅=⎰1-2区：),x x (dx E V xx 1501-=⋅=⎰)x x x ,.x x )x x (V 2111505010050≤≤+=+-=2-3区：),x x (dx E V xx 2100021-==⎰∆)x x x (,.x ).x (,x x x x x )x x (V 3212221501000050100505010010010050≤≤-=-=+-=-++=题4图6、一平行板电容器两极板相距为d,其间充满了两种介质，介电常数为1ε的介质所占的面积为S 1, 介电常数为2ε的介质所占的面积为S 2。
介电常数 电容 介电损耗 阻抗
介电常数电容介电损耗阻抗标题：深度解析介电常数、电容、介电损耗和阻抗在物理学和电工领域中，介电常数、电容、介电损耗和阻抗是一系列相互关联的重要概念，它们在电磁学、电子工程和材料科学中扮演着至关重要的角色。
本文将会对这些概念进行深入解析，并探讨它们在现实应用中的意义和价值。
一、介电常数1. 介电常数的定义在物理学中，介电常数是介质相对真空的电容率，通常用ε表示。
介电常数的大小直接影响着介质的电容性能和电磁场的传播特性。
2. 介电常数的影响因素介电常数受介质内部分子结构、外电场强度等因素的影响，不同介质的介电常数差异巨大。
3. 介电常数的作用介电常数决定了介质中电荷的分布和电场的传播速度，是材料的重要电学参数。
二、电容1. 电容的概念和分类电容是指导体上储存电荷的能力，根据结构和性能不同，电容可以分为平行板电容、电介质电容等多种类型。
2. 电容与介电常数的关系介电常数决定了电容器的电学性能，其大小直接影响着电容器的储能能力和工作特性。
三、介电损耗1. 介电损耗的成因介电损耗是介质在交变电场中发生能量损耗的现象，主要由介质内部的分子摩擦、极化、载流子效应等因素引起。
2. 介电损耗的影响介电损耗会导致电器件的热量产生、信号衰减等现象，直接影响着电路和电子设备的性能和稳定性。
四、阻抗1. 阻抗的概念和分类阻抗是指电路对交变电流的阻碍程度，可以分为纯电阻、纯电感和纯电容等不同类型。
2. 阻抗与介电常数的关系介电常数会影响电路中的电容器和电感器的阻抗大小和相位差，是电路分析和设计的重要考量因素。
总结和回顾通过本文的深度解析，我们对介电常数、电容、介电损耗和阻抗的概念和关系有了更清晰的认识。
在实际应用中，我们需要根据材料的介电常数和电容特性来设计和选择合适的电器件，同时要重视介质的介电损耗和电路的阻抗匹配，以确保电路和系统的性能和稳定性。
个人观点和理解作为一个电子工程师，我深知介电常数、电容、介电损耗和阻抗在电路设计和材料选择中的重要性。
第四章 电容与电容器
第四章电容§4-1 电容和电容器教学目标1、知道什么是电容器以及常用的电容器2、理解电容器电容的概念及其定义C=Q/U，并能用来进行有关的计算3、知道平行板电容器的电容与那些因素有关,有什么关系课前练习一、复习1、导体对电流的作用称为电阻。
在一定温度下，电阻与、成正比，与成反比，即R= ，称为电阻定律。
2、线性电阻的伏安特性曲线是穿过的一条直线，所以线性电阻的阻值不随、的变化而变化。
二、预习1、两个彼此而又相互的导体，就构成了一个电容器。
这对导体叫电容器的两个。
2、电容器是储存和容纳的装置，也是储存电场能量的装置。
电容器所储存的电荷的量叫电容器的电量。
3、将电容器两极板分别接到电源的正负极上，使电容器两极板分别带上等量异号电荷，这个过程叫电容器的过程。
电容器充电后，极板间有电场和电压。
4、用一根导线将电容器两极板相连，两极板上正负电荷中和，电容器失去电量，这个过程称为电容器的过程。
教学过程一、电容器（是一种储存和的容器）1、结构两个彼此又的导体，就构成了一个电容器。
这对导体叫电容器的两个极板。
2、分类电容器按其电容量是否可变，可分为固定电容器和可变电容器，可变电容器还包括半可变电容器，它们在电路中的符号见下。
3、作用电容器是储存和容纳电荷的装置，也是储存电场能量的装置。
电容器每个极板上所储存的电荷的量叫电容器的电量。
4、平行板电容器由两块相互平行、靠得很近、彼此绝缘的金属板所组成的电容器，叫平行板电容器。
是一种最简单的电容器。
二、电容量（简称：电容）1、定义：电容器所带 与两极板间 之比，称为电容器的电容。
2、公式（定义式）：电容反映了电容器储存电荷能力的大小，它只与电容本身的性质有关，与电容器所带的 及电容器两极板间的 无关。
3、单位法拉(F)、微法(μF)、皮法(pF)，它们之间的关系为：1 F = μF = pF三、平行板电容器的电容1、电容C 跟 成正比，跟 成正比，跟 成反比。
介电常数
介电常数介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电场，原外加电场(真空中)与最终介质中电场比值即为介电常数(permittivity)，又称诱电率，与频率相关。
如果有高介电常数的材料放在电场中，场的强度会在电介质内有可观的下降。
电介质经常是绝缘体。
其例子包括瓷器(陶器)，云母，玻璃，塑料，和各种金属氧化物。
有些液体和气体可以作为好的电介质材料。
干空气是良好的电介质，并被用在可变电容器以及某些类型的传输线。
蒸馏水如果保持没有杂质的话是好的电介质，其相对介电常数约为80。
介电常数是相对介电常数与真空中绝对介电常数乘积。
如果有高介电常数的材料放在电场中，电场的强度会在电介质内有可观的下降，理想导体内部由于静电屏蔽场强总为零，故其介电常数为无穷。
一个电容板中充入介电常数为ε的物质后电容变大ε倍。
电介质有使空间比起实际尺寸变得更大或更小的属性。
例如，当一个电介质材料放在两个电荷之间，它会减少作用在它们之间的力，就像它们被移远了一样。
当电磁波穿过电介质，波的速度被减小，有更短的波长。
相对介电常数εr可以用静电场用如下方式测量：首先在其两块极板之间为空气的时候测试电容器的电容C0。
然后，用同样的电容极板间距离但在极板间加入电介质后侧得电容Cx。
然后相对介电常数可以用下式计算εr=Cx/C0。
真空介电常数：ε0＝8.854187817×10-12F／m。
ε0和真空磁导率μ0以及电磁波在真空传播速率c之间的关系为。
真空平行板电容器的电容为，若取S为单位面积，d为单位距离，则C＝ε0，真空电容率的名称即源于此。
介电常数又叫介质常数，介电系数或电容率，它是表示绝缘能力特性的一个系数，以字母ε表示，单位为法/米。
需要强调的是，一种材料的介电常数值与测试的频率密切相关。
介电常数愈小，说明此介质产生的感应电荷削弱原外加电场的能力愈小（有可能此介质在外加电场时产生的感应电荷少），即原外加电场减少的愈少，原外加电场与削弱后的原外加电场的比值愈小，此介质的绝缘性愈好，导电性愈弱。
电介质和电容器的基本原理
电介质和电容器的基本原理电介质和电容器是电路中常见的元件，在电子设备和电力系统中起到重要的作用。
了解电介质和电容器的基本原理可以帮助我们更好地理解其在电路中的应用以及优化电路的设计。
一、电介质的基本原理电介质是指那些可以在电场中存储电荷的材料。
它们通常被广泛应用于电容器中。
电介质的存在可以增加电容器的电容量，并改变电容器的电性能。
1. 构成电介质的材料电介质可以是各种材料，包括固体、液体和气体。
常见的电介质材料有陶瓷、塑料、玻璃等。
这些材料具有较高的绝缘性能，可以有效地阻止电流的流动。
2. 电介质的工作原理当电介质置于电场中时，其分子或原子会发生重新排列，形成电极化现象。
电场作用下，电介质内的正、负电荷会分开，形成电偶极子。
这种电偶极子的存在导致电介质产生极化效应，从而增加电容器的电容量。
3. 电介质的影响因素电介质的性能对电容器的性能有着重要的影响。
不同种类的电介质具有不同的介电常数和介电强度，这些参数决定了电介质在电场中的响应能力。
电介质的选择应根据具体的应用需求，如工作电压、频率等来确定。
二、电容器的基本原理电容器是一种能够储存电荷的装置，它由两个带电的导体电极以及介电活塞（电介质）组成。
电容器的工作原理与电介质的性质密切相关。
1. 电容器的结构电容器的结构非常简单，可以分为两个主要部分：金属导体电极和介电活塞。
两个导体电极之间装有电介质，通常采用平行板、圆柱形或球形结构。
2. 电容器的存储方式当电容器接入电路中时，导体电极上的电荷会在电场的作用下，分别在两个电极之间储存。
电容器可以以两种方式存储电荷：静电储能和电场储能。
3. 电容器的容量和能量电容器的容量指的是电容器存储电荷的能力。
它与电容器的尺寸、电介质的介电常数和电极之间的距离等相关。
电容器的容量越大，可以存储的电荷越多。
电容器的能量与存储的电荷量和电压有关。
4. 电容器的应用电容器在电子和电力设备中有广泛的应用，如滤波器、耦合器、信号处理和能量储存等。
电介质和电容器的工作原理
温度范围：电容 器能正常工作的 温度范围
湿度范围：电容 器能正常工作的 湿度范围
耐压性能：电容 器能承受的最大 电压
耐久性能：电容 器在长期使用下 的性能变化情况
温度稳定性：电容器在不同温度下的性能变化 湿度稳定性：电容器在不同湿度下的性能变化 机械强度：电容器承受机械应力的能力 耐久性：电容器在长期使用下的性能变化
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
谐振电路：用于信号产生和接收， 提高通信效率
储能：用于临时存储能量，提高通 信稳定性
电子设备：电容器在电 子设备中广泛应用，如
手机、电脑、电视等
电力系统：电容器在电力 系统中用于提高功率因数、
降低线损等
汽车行业：电容器在汽车 行业中用于启动、制动、
照明等系统
航空航天：电容器在航空 航天领域用于卫星、火箭
钽电容器：体积小、重量 轻、高频特性好、耐压高
聚丙烯电容器：体积小、 重量轻、高频特性好、 耐压低
云母电容器：体积大、重 量重、耐压高、高频特性 差
电容器的容量是指电容器储存 电荷的能力，通常用C表示。
电容器的容量与两个电极的面 积、距离以及电介质的性质有
关。
电容器的容量可以通过公式 C=εS/d计算，其中ε是电介质 的相对介电常数，S是两个电极 的面积，d是两个电极的距离。
电介质是一种绝缘 体，可以阻止电流 通过
电介质的电导率很 低，通常在10^-10 S/m以下
电介质的极化性是 指电介质在电场作 用下会发生极化， 产生电偶极子
电介质的损耗是指电 介质在电场作用下会 损失能量，通常用损 耗角正切值来表示
固体电介质：如陶瓷、玻璃、塑料等 液体电介质：如矿物油、植物油等 气体电介质：如空气、氮气、氢气等 复合电介质：由两种或两种以上电介质组成的复合材料
【免费下载】电工技术基础与技能周绍敏第4章电容课后习题及答案
电工技术基础与技能第四章电容练习题一、是非题(2X20)1、平行板电容器的电容量与外加电压的大小是无关的。
（）2、电容器必须在电路中使用才会带有电荷，故此时才会有电容量。
（）3、若干只不同容量的电容器并联，各电容器所带电荷量均相等。
（）4、电容量不相等的电容器串联后接在电源上，每只电容器两端的电压与它本身的电容量成反比。
（）5、电容器串联后，其耐压总是大于其中任一电容器的耐压。
（）6、电容器串联后，其等效电容总是小于任一电容器的电容量。
（）7、若干只电容器串联，电容量越小的电容器所带的电荷量也越少。
（）8、两个10μF的电容器，耐压分别为10V和20V，则串联后总的耐压值为30V。
（）9、电容器充电时电流与电压方向一致，电容器放电时电流和电压的方向相反。
（）10、电容量大的电容器储存的电场能量一定多。
（）二、选择题（2X20）1、平行板电容器在极板面积和介质一定时，如果缩小两极板之间的距离，则电容量将( )。
A.增大B.减小C.不变D.不能确定2、某电容器两端的电压为40V时，它所带的电荷量是0.2C，若它两端的电压降到10V时，则( )。
A.电荷量保持不变B.电容量保持不变C.电荷量减少一半D.电荷量减小3、一空气介质平行板电容器，充电后仍与电源保持相连，并在极板中间放入εr=2的电介质，则电容器所带电荷量将( )。
A. 增加一倍B. 减少一半C.保持不变D.不能确定4、电容器C1和一个电容为8μF的电容器C2并联，总电容为电容器C1的3倍，那么电容器C1的电容量是( )μF。
A. 2B. 4C. 6D.85、两个电容器并联，若C1=2C2，则C1、C2所带电荷量Q1、Q2的关系是( )。
A. Q1= 2Q2B. 2Q1= Q2C. Q1= Q2D.不能确定6、若将上题两电容串联，则( )。
A. Q1=2Q2B. 2Q1=Q2C. Q1=Q2D.不能确定7、1μF与2μF 的电容器串联后接在30V的电源上，则1μF 的电容器的端电压为( ) V。
电介质与电容了解电容器的构造与使用
电介质与电容了解电容器的构造与使用电介质与电容: 了解电容器的构造与使用电容器是一种重要的电子元件，在电子电路中起到储存电荷、滤波和耦合的作用。
了解电容器的构造和使用对于学习电子技术和进行电路设计都是非常必要的。
本文将介绍电介质和电容的基本概念，并详细解释电容器的构造及其使用方法。
一、电介质的概念和种类电介质是一种无电导的材料，其在电场中能够储存电荷。
与导体不同，电介质无法自由移动电荷，在外加电场的作用下，电介质的分子会发生极化，即正负电荷分离，形成电偶极子。
常见的电介质有：1. 气体：如空气、氮气等。
气体电介质的主要特点是介电常数较小，相对而言，极化效应较弱。
2. 液体：如水、油等。
液体电介质的介电常数较大，因此在电场中呈现较明显的极化效应。
3. 固体：如陶瓷、塑料等。
固体电介质的介电常数通常介于气体和液体之间，而且固体电介质的极化效应比液体和气体更加显著。
二、电容器的构造电容器是一种利用电介质储存电荷的器件。
它由两个导体极板和介质构成。
导体极板可以是金属箔片、金属薄膜或涂覆导电材料的陶瓷等。
电容器的常见构造形式有：1. 平行板电容器：由两块平行的金属极板构成，之间通过电介质分隔，通常为空气、塑料薄膜或瓷质薄片。
这种结构简单，容易制造，广泛应用于电子电路中。
2. 球形电容器：由一个内部球形金属电极和外部金属外壳构成，两者之间通过电介质分隔。
球形电容器通常具有较大的电容量，适用于高压或高频电路。
3. 电解电容器：由两块金属极板和中间的电解质组成。
电解质是一种可溶于溶液的物质，通过化学反应来提供对电流的储存和释放。
三、电容器的使用方法电容器在电子电路中有多种应用，下面介绍其中几个常见的用途：1. 储存电荷：电容器可以储存电荷并在需要时释放。
在直流电路中，电容器可以作为电源的电荷储存部分，平稳输出电流，起到滤波的作用。
在交流电路中，电容器可以储存电荷并改变电流的相位，用于实现各种电路功能。
2. 耦合和隔离：电容器可以实现电路间的耦合和隔离。
【课件】第四章电容器介质陶瓷反铁电体PPT
反铁电体与铁电体
注意：除外电场外，温度、压力也能诱
导反铁电相向铁电相转变，呈现双电滞回
线——强迫相变
2 反铁电介质陶瓷用途
（1）优良的储能材料，利用反铁电相-铁 电相的相变可作储能电容器应用；
（2） 以PbZrO3 为基的反铁电材料相变 场强较高，一般为40-100KV/cm可用于 制作高压陶瓷电容器 ；
§4.4 反铁电介质陶瓷 ANTIFERROELECTRICS
反铁电介质陶瓷以PbZrO3或以 PbZrO3为基的固溶体为主晶相
一 反铁电体的晶体结构
线性介质的微观结构特征是没有自发极化； 铁电介质微观结构特征是具有很强的自发极化
。
C1
B1
A1
反铁电体宏观特征：具有双电滞回线
低压时:P与E呈线性关系 高压时: P与E呈明显的非线性关系
反铁电体微观结构特征：
居里温度以上为立方相 居里温度以下为反铁电相 PbZrO3Tc=230℃
反铁电体是这样一些晶体，晶体结构与同型铁
电体相近，但相邻离子沿反平行方向产生自发极
化 单位晶胞中总的自发极化为零
居里温度以上为立方相
（001）面投影 居里温度以下 转为反铁电相
反铁电体晶格特征：
1 离子有自发极化，以偶极子的形式存在； 方向相反（P1=-P2），单位 晶胞中总的自发极化为零。
二 反铁电介质陶瓷的特性和用途
反铁电体的宏观 特征：具有双电 滞回线
1 反铁电介质陶瓷特征：具有双电滞回线
E<E临:P与E呈线性关系
E临<E< E饱和:电滞回线
E饱和 E临
E> E临反铁电相被迫转 变为铁电相—强迫相变
E> E饱和:线性
第四章 电容式传感器
f0
1 2 [(C1 C2信号不为 0 时, ΔC≠0, 振荡器频率有相应变化, 此 时频率为
2 [(c1 c2 c0 c) L] 2 调频电容传感器测量电路具有较高灵敏度, 可以测至0.01 μm
级位移变化量。频率输出易于用数字仪器测量和与计算机通
可见, 输出电容的相对变化量ΔC/C与输入位移Δd之间呈非线性 关系。当 Δd/d0 ＜＜1 时，可略去高次项, 得到近似的线性：
c d c0 d 0
电容传感器的灵敏度为
C 1 C0 K d d 0
它说明了单位输入位移所引起输出电容相对变化的大小与d0 呈反比关系。
如果考虑线性项与二次项, 则
dC 0b 常数 dx
图示为圆柱线位移型电容式 传感器，当覆盖长度x变化时， 电容量也随之变化，其电容 为：
2x C ln(r 2 / r1)
x——外圆筒与内圆筒覆盖部 分长度； r1、r2——外圆筒内半径与内 圆筒（或内圆柱）外半径，即 它们的工作半径 其灵敏度为：
dC 2 0 常数 dx ln(r 2 / r1)
一、
量C0为
变极距型电容传感器
当传感器的εr和S为常数, 初始极距为d0时, 可知其初始电容
c0
0 r S
d0
若电容器极板间距离由初始值d0缩小Δd, 电容量增大ΔC, 则有 d d C C0 C0 d d d d 1 d 可知, 传感器的输出特性C =f(d)不是线性关系, 而是双曲 线关系。 此时ΔC与Δd近似呈线性关系, 所以变极距型电容式传感
可见, 电容的变化与电介质εr2的移动量L呈线性关系。
3. 图示为一种常用的测量厚度结构。
1 1 1 d 01 ( 0 1 ) x c c1 c2 01S
探究电容器的电介质常数
探究电容器的电介质常数电容器是一种将电荷储存起来的电子装置，它由两个电极以及介质组成。
而介质的电介质常数则是描述介质在电场中的性质的一个物理量。
在本文中，我们将探究电容器的电介质常数，并分析其对电容器性能的影响。
一、电介质常数的概念和作用电介质常数，也称为相对电容常数或介电常数，是介质相对于真空或空气的电容性能的度量。
它描述了介质在电场作用下，与真空或空气相比能存储多少电荷。
电介质常数通常用εr或κ表示，它是无量纲的。
电介质常数的大小决定了电容器的电容量。
电容器的电容量是指在相同电压下，它能存储的电荷量。
电容量与电介质常数成正比，即电介质常数越大，电容器的电容量越大。
二、常见的电介质材料和其电介质常数不同的物质具有不同的电介质常数，下面是几种常见电介质材料及其电介质常数的范围：1. 空气：空气中的电介质常数约为1，作为参照物，通常将其定义为1。
2. 陶瓷：陶瓷的电介质常数通常在5-10之间，具体取决于陶瓷的成分和结构。
3. 玻璃：玻璃的电介质常数约为4-10，不同类型的玻璃具有不同的电介质常数。
4. 金属氧化物：金属氧化物的电介质常数通常在10-100之间，例如二氧化锰的电介质常数为100。
5. 液体：液体的电介质常数范围较大，一般在2-80之间，具体取决于液体的种类和温度。
需要注意的是，同一种电介质在不同的频率下，其电介质常数可能有所不同。
因此，在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的电介质材料和频率范围。
三、电介质常数对电容器性能的影响1. 电容量：如前所述，电介质常数与电容器的电容量成正比。
当电介质常数增大时，电容器的电容量也会增大。
这是由于电介质在电场中会极化，形成电偶极矩，增加了电容器的储存电荷的能力。
2. 绝缘性能：电介质在电场中具有良好的绝缘性能，可以有效阻止电荷的泄漏。
因此，电介质常数越大，电容器的绝缘性能越好。
3. 能量损耗：电介质材料在电场中由于分子之间的摩擦和离子的运动会产生能量损耗。
电容器、电介质、介质中的高斯定理
i
E总 E0 E 0
被约束在分子内
不一定与表面垂直
9
有极分子电介质
H
H
104
o
F
+ - pi
E0 F
+
+
+
E
无外场
pi 0
pi
0
i
外场中(转向极化)
pi 0
pi
0
i
出现束缚电荷和附加电场
位移极化和转向极化微观机 制不同，宏观效果相同。10
统一描述
pi
0
i
出现束缚电荷(面电荷、体电荷)
实验发现:
A
插入前： U 0
C0
q U0
插入后：U AB
C q U AB
U0 U AB
r,
C C0
r
r 1,常量 由电介质的种类和状态决定
0
真空介电常数
r
相对介电常数(电容率)
= 0 r 介电常数
13
E0
0 0
, U0
E0d ,
E
0
内部的场由自由电荷和
+
+
+
+
E0 E
+
+
极化电荷共同产生
静电感应
无极分子电介质: 位移极化 有极分子电介质: 转向极化
宏观 效果
静电平衡 导体内 E 0, 0 导体表面 E表面 感应电荷 0 E
内为部零：分子pi偶极0 矩矢量和不
i
出现束缚电荷（极化电荷）
12
二、电介质对电场的影响
+ + + + +
B
6—5 电容 电场的能量 电介质的相对电容率
q dW Udq dq C
►最后，使电容器带电Q ，则外力作功共
W
Q
0
1 dw C
Q
0
1 1 qdq QU CU 2 2 2
2
Q 1 1 2 QU CU 电容器贮存的电能 We 2C 2 2
注意:大电容千万不能摸 (指极板处)！！！
应用：(1)照相机闪光灯 (2)心 脏起搏器
•物理意义：电场 是一种物质，它具 有能量.
We we dV
V
V
1 2 0 E dV 2
例5 如图所示,球形电容器的内、外半径分别为R1 和R2，所带电荷为Q．问此电容器贮存的电场能量为多少？
1 Q E e 解 2 r 4π r 2 1 Q 2 we 0 E 2 4 2 32 π 0 r
2 b 2 1
l
-+ -+ -+ -+
_
_
R1
R2
_ _
++ + _ + + _ ++ + _
_
R2 Eb R2 U max Eb R1 ln 9.10103 V R1 2 e
五、电介质 电介质—绝缘介质
1.电介质内没有可以自由移动的电荷 在电场作用下，电介质中的电荷只能在分子范围内移动。
Q dWe we dV dr 2 8 π 0r
2
R1
dr
R2
ห้องสมุดไป่ตู้
r
2
Q We dWe 8 π0
2
R2
R1
dr Q 1 1 ( ) 2 r 8 π 0 R1 R2
电容与能量
同样可证
Cd1r0dr2Sd3 d
d2 d3
d1
d2d3dd1
d1
r (10S)d r 1 Cd
rr 11
C C'
d
C1
C2
C'
C3
r CCd
得证
r 1 C
§4 电场的能量
电场的特殊性： 空间叠加性
板间充满两层各向同性均匀电介质。电介质的界面都平
行于电容器极板，两层电介质的相对介电常量各为r1和 r2，厚度分别为d1和d2。求此平行板电容器的电容。
解：①设极板的自由电荷面密度为0
② 求D S1 DdSD 1S1
++
0 +
r1
+
A
+
d1
q0 0S1
S1 r 2
d2
s1
S 1 D d S D 1 S 10 S 1 ③求E
D1 0
-0
B
E1
D1
1
0 0r1
E1
D1
1
0 0r1
SD 2 dSD 2 S2
q0 0S2
A
+++++
E1
r1
r2
S2
E2
d1 d2
B
s2
C q
q
q
U U1U2Un q/C1q/C2q/Cn
1111
C C1 C2
Cn
n i1
1 Ci
串联时等效电容的倒数等于各电容器电容的倒数之和
串联总电容比每一电容器的电容小，但电容器组的耐
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电容器是一种能 够存储电荷和电能的 元件。它和电阻一样 作为电路的基本元件， 在电工技术中有着非 常广泛的应用。
电风扇就是 利用电容器 进行启动的
第四章 电容器
§4-1 电容器与电容量
学习目标
1．掌握电容器的组成。 2．了解电容量的定义。 3．了解传感器的基本概念及电容器在 传感器中的应用。
第四章 电容器
课堂小结
1.任何两个彼此绝缘又相互靠近的导体都可 以构成一个电容器。
2.电容器所带的电荷量Q与其两极板间的电 压U的比值，叫做电容器的电容量，用C表示。
3.电容器是储存电荷的容器，而电容量则是 衡量电容器在一定电压作用下储存电荷能力大小 的物理量，二者不能混淆。
第四章 电容器
4. 平行板电容器的电容量与两极板的相对 面积成正比，与两极板间的距离成反比，并与 填充在两极板间的电介质的性质有关。
晶体管各电极之间
虽然分布电容的数值一般比较小，但当电源线距 离很长，或电路的工作频率很高时，都会给线路或仪
器设备的正常工作造成一些干扰，因此必须采取措施
加以消除。
第四章 电容器
三、平行板电容器
平行板电容器由相互平行的金属板隔以电介 质而构成，其电容量与两极板的相对位置、极板 的形状和大小以及两平行板间的电介质有关。
常见介质的相对介电系数
εr
名称
1.0
云母
2.2
玻璃
2.7
瓷
4.3
聚苯乙烯
εr 6～7.5 5.5～8
5.8 2.2
第四章 电容器
平行板电容器的电容量与电容器的外加电 压和所存储的电量无关。
根据计算平行板电容器容量的公式，你知 道如何才能制出大容量的电容器吗？
第四章 电容器
【知识拓展】
电容式传感器
电容器储存电荷
第四章 电容器
二、电容量
电容器所带电荷量Q与其两极板间的电压U 的比值，叫做电容器的电容量，用C表示，即 ：
CQ U
电容的单位为法拉（法，F）,实际中常用较 小的单位：微法（μF）和皮法（pF）。
1 F＝106μF＝1012 pF
第四章 电容器
电容量的定义式 C Q 表明，要使电容器
其电容量的计算公式为：
C S
d
式中，ε为介质的介电系数；S为两极板的有 效面积；d为两极板间的距离。
第四章 电容器
介质的介电系数ε＝ε0εr，ε0是空气的介电系数，
约为8.85×10－12F/m。εr称为相对介电系数，表示 某物质介电系数是空气介电系数的多少倍。
名称 空气 矿物油 橡皮 蜡纸
5.εr称为相对介电系数，它表示某一物质 的介电系数是空气介电系数的多少倍。
U
两极板间的电压U达到一定值，所需的电荷量Q 越大，电容器的电容C就越大。
第四章 电容器
虽然电容器和电容量都可简称电容，压作用下储存 电荷能力大小的物理量，二者不能混淆。
第四章 电容器
【知识拓展】
分布电容
三相电源线之间
第四章 电容器
一、电容器
任何两个彼此绝缘又相互靠近的导体都可以 构成一个电容器。这两个导体称为电容器的两个 极板，极板上接有电极，用于和外部电路相接。 中间所填充的绝缘物称为电容器的介质。
常见的电容器的介质有空气、云母、绝缘纸、 塑料薄膜和陶瓷等。
第四章 电容器
电容器结构示意图
电容器的符号
第四章 电容器