物理课件 第十二章 电容器和电介质
合集下载
电容和电介质new.ppt
当电介质中的场强很强时，电介质的绝缘性有可能 会被破坏而变成导体，这叫做电介质的击穿。 电介质所能承受的最大电场强度称为电介质的击穿 场强 ,此时两极板间的电压称为电介质的击穿电压。 电位移矢量及其高斯定律 真空中的高斯定理
S
q E S 0 d
E E / 0 r
电容器--由导体及包围它的导体壳 所组成的导体系。 A、B之间的电势差（VA-VB）与qA成 正比。 q 定义电容器的电容: C
VA VB
孤立导体的电容就 是导体与无穷远处 导体壳间的电容。
电容器的电容只与电容器的大小、形状、电介质有 关，而与电量、电压无关。 3.电容的计算方法
例1：球形电容器
理论与实践均已证明：导体的电容由导体本 身的性质（大小与形状）及其周围的介质决定, 与导体是否带电无关！
2.电容器的电容 对非孤立导体A，它还要受到周围其它导体或带电 体的影响，电势不再简单地与所带电量成正比。
解决办法—利用静电屏蔽的原理，用导体空腔B把导 体A屏蔽起来。 腔内电场仅由导体A所带电量qA qA 以及A的表面和B的内表面的形状决 B 定，与外界情况无关。 A
E 0
电容
C
q V AB
S S 0 d / 0 d
0
A
B
平行板电容器的电容正比于极板面积S，反比于 极板间距d，与q无关。
例3：圆柱形电容器 圆柱形电容器为内径RA、外径RB 两 同轴圆柱导体面A和B组成，圆柱体的长 度l，且 R2R1<<L，求电容。 l 解：设两柱面带电分别为+q和-q，则 单位长度的带电量为 q /l 作半径为r、高为l的高斯柱面。
+
+ + + + + +
《电容器与介电质》课件
电容的串联与并联
多个电容器可以串联或并联使用，从而获得不 同电容值。
介电质的性质
介电质是什么
介电常数的定义与计算
介电质是一种特殊的材料，能够 在电场力的作用下产生极化现象， 从而具有存储电能的能力。
介电常数是介电质中储存电荷的 能力，是介电质相对真空的电容 性能指数。介电常数越大，电容 器的存储电能能力越强。
《电容器与介电质》PPT 课件
电容与介电质是电路中非常重要的组成部分。通过本课件，您将了解电容器 的分类、应用以及介电质的特性与应用。让我们开始学习吧！
电容器简介
1
什么是电容器
电容器是一种用于存储电能的电子元件。它由两个电极和一个介电质组成，能够 在两个电极之间存储电荷。
2
电容器的分类
电容器根据介质不同可以分为多种类型：电解电容器、塑料电容器、陶瓷电容器、 铝电解电容器等。
4 氧化铝陶瓷
电介质是一种体积较小、容易加工的介电质。 通常应用在电力电子器件和通信领域。
氧化铝陶瓷的介电常数较大，适合用于存储 电荷较多的高频场合以及高压电源。
介电常数的应用
电场强度与介电常数的 关系
电场强度是介电质中一个重 要的物理量，它与介电常数 的关系密切。
能带理论
能带理论是指物体在电场的 作用下，能够产生能带分裂， 并形成导电和绝缘效应。
晶格振动
介电常数还能够影响介质的 晶格振动模式，影响介质的 光学与热学性质。
介质极化现象的应用
偏振
介质的极化现象可以应用于偏 振实验、光通信中的光栅、LCD 显示器等。
光纤通信
光纤通信是利用光的折射、反 射和传播等特性，在光导纤维 中传输信息的技术。
液晶显示屏
液晶显示屏是一种流行的显示 技术，利用液晶材料的横电效 应实现图像的显示。
高中物理选修课件电容器电容
并联电容器特性分析
电压相等
并联电容器中，每个电容 器上的电压相等，等于总 电压。
电荷分配
并联电容器的电荷按电容 的大小分配，即电容越大 ，分配的电荷越多。
等效电容
并联电容器的等效电容大 于任何一个单独电容器的 电容，且等于各电容器电 容之和。
复杂网络中电容器简化方法
星形-三角形变换
对于复杂网络中的电容器，可以通过星形-三角形变换进行简化，将部分串联 或并联的电容器转换为等效的电容器。
戴维南定理
利用戴维南定理可以将复杂网络中的电容器简化为一个等效电源和一个等效电 阻的串联或并联形式。
实际应用举例
电子设备中的滤波电路
01
在电子设备中，经常利用串联或并联电容器构成滤波电路，以
滤除交流信号中的谐波成分。
高压输电系统中的无功补偿
02
在高压输电系统中，为了提高功率因数，减少无功功率的传输
02
平行板电容器特性分析
平行板电容器结构特点
03
两块平行金属板
电介质
电极间距
构成电容器的两个电极，通常使用金属材 质以提供良好的导电性。
位于两金属板之间，可以是空气或其他绝 缘材料，用于储存电荷。
两金属板之间的距离，对电容器的性能有 重要影响。
平行板间电场强度计算
1 2
电场强度公式
E = σ / (2ε₀)，其中σ为电荷面密度，ε₀为真空 介电常数。
超级电容器不含重金属和有毒物质 ，对环境友好，同时在使用过程中 不会产生安全隐患。
超级电容器工作原理和性能指标
工作原理
超级电容器通过电解质中的离子在电极表面的吸附和脱附来存储和释放电能。当充电时，离子在电场 作用下向电极表面迁移并吸附在电极上，形成双电层；放电时，离子从电极表面脱附并回到电解质中 ，释放存储的电能。
物理课件第十二章电容器和电介质
因此，得C1 、C2和C3上的电势差分别为
C1 C 2 ＋C 3 q1 U1 U0 C1 C1C 2 C 2C 3 C1C 3 C1C 3 q2 U2 U0 C2 C1C 2 C 2C 3 C1C 3 q2 C1C 2 U3 U0 C3 C1C 2 C 2C 3 C1C 3
+ + + + + A
-
S
d
B
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。
（2）圆柱形电容器（两个同轴金属圆筒组成）
R1 R2
l
r h
（3）球形电容器（两个同心的导体球壳组成）
-Q
＋Q
R1 A R2 B
（4）孤立导体的电容
例：求在空气中孤立导体球的电容：
2e
e
-e
＋
+
＋
e
l
— —
-e
该中性分子的电偶极矩 ： p ql ＝2el
-2e
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
O--
H+
H+
=
E0 0
不显电性
+q
H2O
±
不显电性
CH4
E0 0
位移极化
二. 电介质的极化过程
1、非极性分子的位移极化 ± ± ± ± ±
±
±
±
±
±
±
±
±
±
±
-
C1 C 2 ＋C 3 q1 U1 U0 C1 C1C 2 C 2C 3 C1C 3 C1C 3 q2 U2 U0 C2 C1C 2 C 2C 3 C1C 3 q2 C1C 2 U3 U0 C3 C1C 2 C 2C 3 C1C 3
+ + + + + A
-
S
d
B
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。
（2）圆柱形电容器（两个同轴金属圆筒组成）
R1 R2
l
r h
（3）球形电容器（两个同心的导体球壳组成）
-Q
＋Q
R1 A R2 B
（4）孤立导体的电容
例：求在空气中孤立导体球的电容：
2e
e
-e
＋
+
＋
e
l
— —
-e
该中性分子的电偶极矩 ： p ql ＝2el
-2e
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
O--
H+
H+
=
E0 0
不显电性
+q
H2O
±
不显电性
CH4
E0 0
位移极化
二. 电介质的极化过程
1、非极性分子的位移极化 ± ± ± ± ±
±
±
±
±
±
±
±
±
±
±
-
高中物理选修《电容器电容》课件
高中物理选修《电容器电容》课件
课堂训练
1、某一电容器，当带电量为4×10-6C， 两极板间的电势差为20v，求
（1）电容器的电容 （2）当所带电量减半时，电容器的电容
为多少 （3）如果电容器不带电呢？
高中物理选修《电容器电容》课件
例与练
1、关于电容，下列说法中正确的是 （ D）
A．电容器的极板上带电量越大，这只电容 器的电容就越大
高中物理选修《电容器电容》课件
高中物理选修《电容器电容》课件
高中物理选修《电容器电容》课件
高中物理选修《电容器电容》课件
高中物理选修《电容器电容》课件
高中物理选修《电容器电容》课件彼此绝缘又相距很近的导体， 组成一个电容器。
平行板电容器
电容器的极板 电介质
接在电压是6V的电池组正负极，跟电池组
负极相连的极板带电量为-9.0×10-8C ，则
电容器的带电量为 9.0×10-8 C，电容器
的电容为
1.P5×F。10若4 将此电容器两
极接电压12V的电池组正负极，电容器的
电容为
1.P5×F。104 ＋Q
电容与电
＋＋＋＋＋＋＋＋
压U无关
－－－－－－－－
－Q
高中物理选修《电容器电容》课件
＋Q
＋＋＋＋＋＋＋＋
U
－－－－－－－－
－Q
容纳电荷的本领，
与水桶截面积S类比
高中物理选修《电容器电容》课件
二、电容器的电容
3、电容器带电与水桶盛水类比：
h=1cm
h=2cm
V=1dm3
V与h成正比
V/h是定值
V=2dm3
V S h
水桶截面积
高中物理选修《电容器电容》课件
课堂训练
1、某一电容器，当带电量为4×10-6C， 两极板间的电势差为20v，求
（1）电容器的电容 （2）当所带电量减半时，电容器的电容
为多少 （3）如果电容器不带电呢？
高中物理选修《电容器电容》课件
例与练
1、关于电容，下列说法中正确的是 （ D）
A．电容器的极板上带电量越大，这只电容 器的电容就越大
高中物理选修《电容器电容》课件
高中物理选修《电容器电容》课件
高中物理选修《电容器电容》课件
高中物理选修《电容器电容》课件
高中物理选修《电容器电容》课件
高中物理选修《电容器电容》课件彼此绝缘又相距很近的导体， 组成一个电容器。
平行板电容器
电容器的极板 电介质
接在电压是6V的电池组正负极，跟电池组
负极相连的极板带电量为-9.0×10-8C ，则
电容器的带电量为 9.0×10-8 C，电容器
的电容为
1.P5×F。10若4 将此电容器两
极接电压12V的电池组正负极，电容器的
电容为
1.P5×F。104 ＋Q
电容与电
＋＋＋＋＋＋＋＋
压U无关
－－－－－－－－
－Q
高中物理选修《电容器电容》课件
＋Q
＋＋＋＋＋＋＋＋
U
－－－－－－－－
－Q
容纳电荷的本领，
与水桶截面积S类比
高中物理选修《电容器电容》课件
二、电容器的电容
3、电容器带电与水桶盛水类比：
h=1cm
h=2cm
V=1dm3
V与h成正比
V/h是定值
V=2dm3
V S h
水桶截面积
高中物理选修《电容器电容》课件
第三篇 电磁学(第十二章 电容和电介质)
We
V wedV
1 εE2dV V2
介质
问题
导体球电容
CQ U
4 0R
4 0R
几何
欲得到1F 的电容
孤立导体球的半径R ?
由孤立导体球电容公式知
R 1
4 0
9109 m 103 RE
二.导体组（电容器）的电容 由静电屏蔽--导体壳内部的场只由腔内的电量 Q
和几何条件及介质决定 (相当于孤立) 几何条件 腔内导体表面与壳的内表面形状
一.电介质及其极化
polarization
电介质的微观图象
+
有极分子polar molecules + -
无极分子non-polar molecules +-
p ql
无外场时：
有极分子
无极分子
二.电介质分子对电场的影响
1.无电场时 2. 有电场时
热运动---紊乱 电中性 E
有极分子介质
均匀
共同效果
取向极化 (orientation polarization)
无极分子介质
边缘出现 电荷分布
位移极化 displacement~
称极化电荷
或称 束缚电荷
Polarization charges bound charges
3.描述极化强弱的物理量--极化强度 P
Polarization vector
例1 介质细棒的一端放置一点电荷
Q0 q1
q2 P点的场强？ 共同产生
P
例2 平行板电容器 自由电荷面密度为 0
充满相对介电常数为 r 的均匀
各向同性线性电介质 求:板内的场
0 r 0
第12章电容器和电介质
17
因此，得C1 、C2和C3上的电势差分别为
C1 C 2 C 3 ＋ q1 U1 U0 C1 C1C 2 C 2C 3 C1C 3
C1C 3 q2 U2 U0 C2 C1C 2 C 2C 3 C1C 3
U3 q2 C1C 2 U0 C3 C1C 2 C 2C 3 C1C 3
a 1 a 2 0 a 2 a 0a C 1 d 2 d d 2d
21
例3、两根平行长直导线截面半径为a，中心轴线间距为d （d a ），求单位长度的电容。
分析：本题的导体分布为对称性组合，其电场分布可由 高斯定理求出。注意在求电场时，应采用同一坐标系。
E dl
RB
q 40 r
RA
dr 2
1 1 ( ) 40 RA RB
q
q 40 R A RB C0 RB R A
9
分布电容（杂散电容） 电容器的作用 隔直流，通交流。 振荡放大器、时间延迟电路等 储存电能 (4)电介质电容器
dq qn dV nql dS cos nql dS
P dS cos
dS
dq 束缚电荷面密度 P cos P n dS
对极性分子同样适用。
极化强度在法 线方向的分量
34
例1 半径R 的介质球被均匀极化，极化强度为P。 求：1) 介质球表面极化电荷的分布； 2) 极化电荷在球心处的场强。 解：1) 球面上任一点
25
有极分子 无极分子
+ +-
-
p ql
无电场时的分子，呈电中性
因此，得C1 、C2和C3上的电势差分别为
C1 C 2 C 3 ＋ q1 U1 U0 C1 C1C 2 C 2C 3 C1C 3
C1C 3 q2 U2 U0 C2 C1C 2 C 2C 3 C1C 3
U3 q2 C1C 2 U0 C3 C1C 2 C 2C 3 C1C 3
a 1 a 2 0 a 2 a 0a C 1 d 2 d d 2d
21
例3、两根平行长直导线截面半径为a，中心轴线间距为d （d a ），求单位长度的电容。
分析：本题的导体分布为对称性组合，其电场分布可由 高斯定理求出。注意在求电场时，应采用同一坐标系。
E dl
RB
q 40 r
RA
dr 2
1 1 ( ) 40 RA RB
q
q 40 R A RB C0 RB R A
9
分布电容（杂散电容） 电容器的作用 隔直流，通交流。 振荡放大器、时间延迟电路等 储存电能 (4)电介质电容器
dq qn dV nql dS cos nql dS
P dS cos
dS
dq 束缚电荷面密度 P cos P n dS
对极性分子同样适用。
极化强度在法 线方向的分量
34
例1 半径R 的介质球被均匀极化，极化强度为P。 求：1) 介质球表面极化电荷的分布； 2) 极化电荷在球心处的场强。 解：1) 球面上任一点
25
有极分子 无极分子
+ +-
-
p ql
无电场时的分子，呈电中性
12章电容器电介质12
★ 结论：充满电介质电容器的电容是真空时电容的
r 倍。
C rC0 2. 电介质的相对电容率 r
(12.11)
r — 称电介质的 相对电容率 （相对介电常数）。
是表征电介质电学性质的物理量（纯数）。
空气： r
1;
一般电介质： r
1;
导体： r
.
3. 电介质的电容率
q， 两板间场强：
(2) 两极板间电势差：
E 2 0 r q q
RB U AB dr ln RA 2 0 r 2 0 RA q 2 0 L (3) 电容：
RB
RA
B A
RB
L
C
U AB
ln( RB RA )
圆柱形电容器电容：
2 0 L C ln( RB RA )
U
§2 电介质的极化
电介质 — 不导电的绝缘物质。
q0 C0 q0 U0
一、电介质对电场的影响
1. 充电介质时电容器的电容
(1) 两极板间为真空时：
以平板电容器 为例：
q0 C0 U0
(2) 两极板间充满各向同性的均匀电介质时： 实验测得：
r C q0
q0
U
U 0 C q0 q0 C U , r r 0 U U0 r
D
两极板的电势差为
E2
p分子 0
p分子 0
结果：在垂直于电场的端面上产生了极化电荷. 极化电荷只能在分子范围内移动，故又称束缚电荷.
结论、电介质的极化
1. 无极分子的位移极化
2. 有极分子的转向极化 极化的结果是在垂 直场强的方向上出现 极化电荷。 3. 极化电荷（束缚电荷）
高二物理竞赛课件：电场中的介质和电容
R r R1 R1 r R2
Eb
D 0
Q 40r 2
Ec
D
Q 40r r 2
r R2
Ed
D 0
Q 40r 2
各区域 D、E的方向 均沿半径向外。
Ea 0
Eb
Q 40r 2
Ec
Q 40rr 2
Ed
Q 40r 2Leabharlann r（2）以上各区域
V
分布。
Va E dl r Edr
rR Eadr
+
则筒间最大电压 VM ?
（3）画出 D( r ),E( r ),V ( r )曲线。
r
R2
R1
a +
b
r
解：（1）由 s D ds q
R1
r R1 , r R2
a
R1 r a
D0
E D0 0
b
l
D 2rl l arb
D 2r
E D 0 20r
R2
+
r
r
D
E
D 2rl l
b r R2
D 2rl l
D 2r
D 2r
E D 2 r 20r r
E D 0 20r
（对称场有介质时，只需将E 中 0 即可！）
V+
RR12
E
dr
Ra1
dr
20r
+
ab
2 0 r
dr r
+
bR2
dr
20r
R1
a
b
V+
20
(ln
a R1
+
1 r
ln
b a
电容器和电介质
平板电容器中电场是均匀的，单位体积的电场能量是:
可以证明，上式虽然从特例导出，但这是一个普遍适用公式，对任意电场都是正确的，因此，计算任一带电系统整个电场的能量为:
电场空间所存储的能量
解：
例1 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．若在两球壳间充以电容率为 的电介质，问此电容器贮存的电场能量为多少？
+
+
+
Q
-Q
-
讨论：改变电容器的电容的方法 S d
2) 同轴柱形电容器的电容
RA
RB
L
设长为L, 带电量为q , 内半径为 , 外半径为
3） 同心球形电容器的电容
孤立导体球电容
+
+q
+
单击此处输入你的正文
+
设内球面半径RA，外球面半径RB，带电量为q + + + +
（2）介质外任一点P电势
球为等势体，电势为，
介质内任一点Q电势
R
PART 01
例4 常用的圆柱形电容器，是由半径为R1的长直圆柱导体和同轴的半径为R2的薄导体圆筒组成，并在直导体与导体圆筒之间充以相对电容率为 的电介质.设直导体和圆筒单位长度上的电荷分别为 和 .求（1）电介质中的电场强度、电位移和极化强度；（２）电介质内、外表面的极化电荷面密度； （３）此圆柱形电容器的电容．
+ + + + + + + + +
- - - - - - - - -
+
当电容器极板带电 ，两板电势差为 时，把电荷元 从B板移到A板，外力克服电场力作功为:
可以证明，上式虽然从特例导出，但这是一个普遍适用公式，对任意电场都是正确的，因此，计算任一带电系统整个电场的能量为:
电场空间所存储的能量
解：
例1 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．若在两球壳间充以电容率为 的电介质，问此电容器贮存的电场能量为多少？
+
+
+
Q
-Q
-
讨论：改变电容器的电容的方法 S d
2) 同轴柱形电容器的电容
RA
RB
L
设长为L, 带电量为q , 内半径为 , 外半径为
3） 同心球形电容器的电容
孤立导体球电容
+
+q
+
单击此处输入你的正文
+
设内球面半径RA，外球面半径RB，带电量为q + + + +
（2）介质外任一点P电势
球为等势体，电势为，
介质内任一点Q电势
R
PART 01
例4 常用的圆柱形电容器，是由半径为R1的长直圆柱导体和同轴的半径为R2的薄导体圆筒组成，并在直导体与导体圆筒之间充以相对电容率为 的电介质.设直导体和圆筒单位长度上的电荷分别为 和 .求（1）电介质中的电场强度、电位移和极化强度；（２）电介质内、外表面的极化电荷面密度； （３）此圆柱形电容器的电容．
+ + + + + + + + +
- - - - - - - - -
+
当电容器极板带电 ，两板电势差为 时，把电荷元 从B板移到A板，外力克服电场力作功为:
静电场电容电介质课件.ppt
Q
U
电容的计算 设Q E
U AB
内表面
Q
AQ
B
C Q U
典型的电容器 球形
R1 R2
柱形
R1
R2
平行板 d
例 求柱形电容器单位长度的电容 柱形
解：设单位长度带电量为
R1< r< R2
E 2 0r
R2
U
R1
2
0
r
dr
ln R2 2 0 R1
C
U
2 0
ln R2
R1
r
宏观上无限小 微观上无限大
定义
P lim
i
pi
V
的体积元 V
pi
每个分子的 电偶极矩
量纲
SI
单位
c m2
P L2TI
三.极化强度P 与极化电荷的关系
在已极化的介质内任意作一闭合面S S 将把位于S 附近的电介质分子分为两部分
一部分在 S 内 一部分在 S 外
电偶极矩穿过S 的分子对S 内的极化电荷有贡献
dS
S
1.小面元dS对面S内极化电荷的贡献
外场
在dS附近薄层内认为介质均匀极化
l
dS P
dq
qnl
dS
cos
PdScos
分子数
P dS
密度 n
如果 /2 落在面内的 是负电荷
如果 > /2 落在面内的 是正电荷
dS
l dS P V
所以小面元ds对面内极化
电荷的贡献
dq Pnds P ds
例 求真空中孤立导体球的电容(如图)
解：设球带电为 Q
R
导体球电势 U Q
U
电容的计算 设Q E
U AB
内表面
Q
AQ
B
C Q U
典型的电容器 球形
R1 R2
柱形
R1
R2
平行板 d
例 求柱形电容器单位长度的电容 柱形
解：设单位长度带电量为
R1< r< R2
E 2 0r
R2
U
R1
2
0
r
dr
ln R2 2 0 R1
C
U
2 0
ln R2
R1
r
宏观上无限小 微观上无限大
定义
P lim
i
pi
V
的体积元 V
pi
每个分子的 电偶极矩
量纲
SI
单位
c m2
P L2TI
三.极化强度P 与极化电荷的关系
在已极化的介质内任意作一闭合面S S 将把位于S 附近的电介质分子分为两部分
一部分在 S 内 一部分在 S 外
电偶极矩穿过S 的分子对S 内的极化电荷有贡献
dS
S
1.小面元dS对面S内极化电荷的贡献
外场
在dS附近薄层内认为介质均匀极化
l
dS P
dq
qnl
dS
cos
PdScos
分子数
P dS
密度 n
如果 /2 落在面内的 是负电荷
如果 > /2 落在面内的 是正电荷
dS
l dS P V
所以小面元ds对面内极化
电荷的贡献
dq Pnds P ds
例 求真空中孤立导体球的电容(如图)
解：设球带电为 Q
R
导体球电势 U Q
高中物理 《电容器与电容》课件(新人教版 选修)
当电容器充电时，电能转化为 电场能储存于电容器中；放电 时，电场能转化为电能释放至 外部电路。
Part
03
电容器的特性与参数
电容器的电容值
定义
电容器容纳电荷的能力， 用字母C表示，单位是法 拉（F）。
影响因素
极板面积、极板间距、电 介质。
计算公式
C=εrS/d，其中εr是电介 质相对介电常数，S是两 极板正对面积，d是两极 板间的距离。
圆柱形电容器
由两个圆柱形的金属电极 和中间的绝缘介质组成， 常见的有电解电容器、陶 瓷电容器等。
多层电容器
由多层金属电极和中间的 绝缘介质叠加而成，常见 的有多层陶瓷电容器等。
电容器的应用场景
滤波
1
用于平滑电源电压波动， 提高电路稳定性。
储能
4
用于储存电能，为电路提 供短时大电流。
耦合
2
用于将信号从一个电路传
或爆炸。
注意工作环境
保持电容器工作在适当 的温度和湿度条件下， 避免极端环境影响其性
能。
电容器的维护与保养
01
02
03
04
定期检查
定期检查电容器的外观，确保 无破损、膨胀等现象。
清洁
保持电容器表面清洁，避免灰 尘、污垢影响其性能。
更换损坏的电容器
如发现电容器有损坏或性能下 降，应及时更换。
储存
长期不使用的电容器应存放在 干燥、通风的地方，避免受潮
递到另一个电路，实现信
号的传输和隔离。
调谐
3 用于调整电路的频率响应
，实现信号的选择和过滤 。
Part
02
电容器的工作原理
电容器的基本原理
电容器是储存电荷的元件 ，由两个平行、靠近的导 电极板组成。
第十二章 电容器和电介质30页PPT
r
•电容增大
CrC0
+++++
E0
极化电荷
总结
当电容器两端接电源
电
CQ 势
+-+-Q+- +- +-
差 不
变
•电场强度不变
•电量增加 QrQ0 •电容增大 CrC0
能量问题
总结
•电容器的能量
WQ2 1QU 1CU 2 2C 2 2
q dq
q C
•电场能量
电场能量密度
e 12r0E2
谢谢
+
+H
pe ——分子电偶极矩 正电荷中心
1. 无极分子的位移极化
e
f
pe
E外
f
无外电场时 pe 0
l
加上外电场后 pe 0
极化电荷
+ + E外 +
+
+ +
+
极化电荷
2. 有极分子的转向极化
+ +
+ +
+
+
+
+
++
++
++
+
+
+ ++
+
f
pe
MpeE外
f
E外
无外电场时 电矩取向不同
加上外场
（1）求细胞壁内的电场强度；
E
0r
0 8.851012
（2）求细胞壁两表面间的电势差
UEd
12.4介质的极化
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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：通交流、隔直流；
用途： 交流电路中电流和电压的控制
接收机中的调谐 电子线路中的时间延迟 整流电路中的滤波 发射机中振荡电流的产生
电容器的分类
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
q1＋q2＝q0
解两式得
q1 q2 q2 C1 C2 C3
C1 C2＋C3 q1 q0 C1C2 C2C3 C1C3
2
C1 C2＋C3 U0 C1C2 C2C3 C1C3 C1C2C3 q2 q0 q1 U0 C1C2 C2C3 C1C3
球形
柱形
平行板
R1 R2
R1
R2
d
§12.1 电容器及其电容
三. 电容器电容的计算
1、计算步骤： 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： 2）计算极板间的电势差： 3）由电容器电容定义计算电容：
2、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）
§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。
+ + - + A qA Байду номын сангаас B + + + -q
A
-
C
A
+ + + + +
D
B
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。
§12.1 电容器及其电容
因此，得C1 、C2和C3上的电势差分别为
C1 C 2 ＋C 3 q1 U1 U0 C1 C1C 2 C 2C 3 C1C 3 C1C 3 q2 U2 U0 C2 C1C 2 C 2C 3 C1C 3 q2 C1C 2 U3 U0 C3 C1C 2 C 2C 3 C1C 3
r 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）
0 r～电介质的电容率（介电常量）
1 U U 0 r 实验结果C r C0 1 E E0 r
2e
e
-e
＋
+
＋
e
l
— —
-e
该中性分子的电偶极矩 ： p ql ＝2el
-2e
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
O--
H+
H+
=
E0 0
讨论
C Ci
i
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。
1 1 C i Ci
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。
+ + + + + A
-
S
d
B
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。
（2）圆柱形电容器（两个同轴金属圆筒组成）
R1 R2
l
r h
（3）球形电容器（两个同心的导体球壳组成）
-Q
＋Q
R1 A R2 B
（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
12.2 电容器的联接
1、电容器的并联
特点：每个电容器两端的电势差相等
总电量：
C1
C2
U
等效
Q Q1 Q2 C1U C2U C1 C2 U
Q 等效电容： C＝ C1 C 2 U 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
C
2、电容器的串联
特点:每个电容器极板所带的电量相等 1 1 总电压 U U 1 U 2 Q ＋ Q ＝ ＋ Q C1 C 2 C1 C 2 等效电容
C1
C2
等效
C Q 1 1 1 1 C ＝ ＝ ＋ 1 1 U C C1 C 2 ＋ C1 C 2 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。
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。
U0
+q0 q0 C1 C2
K
C3
解 已知在K 闭合前， C1极板上所带电荷量为q0 =C1 U0 ， 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
§12.3 电介质对电场的影响
一. 实验
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
+Q –Q
+Q –Q
变，两极板间的电压分别用U0 、U 表示，有：
U U0 / r
静电计测电压
§12.3 电介质对电场的影响
极板间充满电介质时 电容器的电容为真空 电容的r倍。 电介质内任意点的电 场强度为原来真空时 电场强度的1/r
§12.4 电介质的极化
一. 电介质
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。 1、电荷重心模型
＋Q
+ + + + +
-Q
电容器的作用
•储存电能的元件； •在电路中：通交流、隔直流；
用途： 交流电路中电流和电压的控制
接收机中的调谐 电子线路中的时间延迟 整流电路中的滤波 发射机中振荡电流的产生
电容器的分类
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
q1＋q2＝q0
解两式得
q1 q2 q2 C1 C2 C3
C1 C2＋C3 q1 q0 C1C2 C2C3 C1C3
2
C1 C2＋C3 U0 C1C2 C2C3 C1C3 C1C2C3 q2 q0 q1 U0 C1C2 C2C3 C1C3
球形
柱形
平行板
R1 R2
R1
R2
d
§12.1 电容器及其电容
三. 电容器电容的计算
1、计算步骤： 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： 2）计算极板间的电势差： 3）由电容器电容定义计算电容：
2、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）
§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。
+ + - + A qA Байду номын сангаас B + + + -q
A
-
C
A
+ + + + +
D
B
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。
§12.1 电容器及其电容
因此，得C1 、C2和C3上的电势差分别为
C1 C 2 ＋C 3 q1 U1 U0 C1 C1C 2 C 2C 3 C1C 3 C1C 3 q2 U2 U0 C2 C1C 2 C 2C 3 C1C 3 q2 C1C 2 U3 U0 C3 C1C 2 C 2C 3 C1C 3
r 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）
0 r～电介质的电容率（介电常量）
1 U U 0 r 实验结果C r C0 1 E E0 r
2e
e
-e
＋
+
＋
e
l
— —
-e
该中性分子的电偶极矩 ： p ql ＝2el
-2e
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
O--
H+
H+
=
E0 0
讨论
C Ci
i
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。
1 1 C i Ci
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。
+ + + + + A
-
S
d
B
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。
（2）圆柱形电容器（两个同轴金属圆筒组成）
R1 R2
l
r h
（3）球形电容器（两个同心的导体球壳组成）
-Q
＋Q
R1 A R2 B
（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
12.2 电容器的联接
1、电容器的并联
特点：每个电容器两端的电势差相等
总电量：
C1
C2
U
等效
Q Q1 Q2 C1U C2U C1 C2 U
Q 等效电容： C＝ C1 C 2 U 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
C
2、电容器的串联
特点:每个电容器极板所带的电量相等 1 1 总电压 U U 1 U 2 Q ＋ Q ＝ ＋ Q C1 C 2 C1 C 2 等效电容
C1
C2
等效
C Q 1 1 1 1 C ＝ ＝ ＋ 1 1 U C C1 C 2 ＋ C1 C 2 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。
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。
U0
+q0 q0 C1 C2
K
C3
解 已知在K 闭合前， C1极板上所带电荷量为q0 =C1 U0 ， 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
§12.3 电介质对电场的影响
一. 实验
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
+Q –Q
+Q –Q
变，两极板间的电压分别用U0 、U 表示，有：
U U0 / r
静电计测电压
§12.3 电介质对电场的影响
极板间充满电介质时 电容器的电容为真空 电容的r倍。 电介质内任意点的电 场强度为原来真空时 电场强度的1/r
§12.4 电介质的极化
一. 电介质
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。 1、电荷重心模型