大学物理学电子教案大学物理学电子教案武警学院教学课件武警学院教学课件静电场中的电介质静电场中的电介质295 静静电场的能量的能量 能量密度能量密度96 静静电的运用的运用97 电场的的边境条件境条件98 压电效效应 铁电体体 驻极体极体复复 习静静电场中的中的电介介质电位移位移 电介介质中的高斯定理中的高斯定理95 静静电场的能量的能量 能量密度能量密度一、一、电容器的容器的电能能 设在某在某时辰两极板之辰两极板之间的的电势差差为U，此，此时假假设把把+dq电荷从荷从带负电的的负极板搬运到极板搬运到带正正电的正极板，外力所的正极板，外力所作的功作的功为E+dq+_假假设使使电容器的两极板分容器的两极板分别带有有Q的的电荷，那么外力所作的功荷，那么外力所作的功为电容器所容器所储存的静存的静电能能外力抑制静外力抑制静电场力作功，力作功，把非静把非静电能能转换为带电体系的静体系的静电能能二、静二、静电场的能量的能量 能量密度能量密度1、静、静电场的能量的能量对于极板面于极板面积为S、极板、极板间距距为d平板平板电容器，容器，电场所所占的体占的体积为Sd，电容器容器储存的静存的静电能能为2、电场的能量密度的能量密度定定义：单位体位体积内的能量内的能量对于恣意于恣意电场，本，本结论都是成立的。都是成立的。电容器所具有的能量与极板容器所具有的能量与极板间电场E和和D有关，有关，E和和D是极板是极板间每一点每一点电场大小的物理量，所以能量与大小的物理量，所以能量与电场存在的空存在的空间有有关，关，电场携携带了能量。了能量。例例1、球形、球形电容器的内、外半径分容器的内、外半径分别为R1和和R2，所，所带的的电量量为Q。假。假设在两球之在两球之间充溢充溢电容率容率为的的电介介质，问此此电容器容器电场的能量的能量为多少。多少。R1R2解：假解：假设电容器两极板上容器两极板上电荷的分布是均匀的，荷的分布是均匀的，那么球壳那么球壳间的的电场是是对称的。由高斯定理可求称的。由高斯定理可求得球壳得球壳间的的电场强度的大小度的大小为电场的能量密度的能量密度为取半径取半径为r、厚、厚为dr的球壳，其体的球壳，其体积为dV=4r2dr。所以此体。所以此体积元内元内的的电场的能量的能量为电场总能量能量为例例2 2、一个球半径、一个球半径为R R，体，体电荷密度荷密度为，试利用利用电场能量公式能量公式求此求此带电球体系球体系统的静的静电能。能。96 静静电的运用的运用一、静一、静电的特点的特点 带电体所体所带的静的静电电荷的荷的电量都很小；量都很小；静静电场所具有的能量也不大；所具有的能量也不大；电压能能够很高。很高。二、静二、静电的运用的运用 范德格拉夫起范德格拉夫起电机机静静电除除尘静静电分分别静静电织绒静静电喷漆漆静静电消除器消除器静静电生物技生物技术9-7 电场的的边境条件境条件电场的的边境条件境条件给出出电介介质的分界面上的分界面上电场中物理量所中物理量所应遵守的遵守的规律。律。一、法向分量一、法向分量 在分界面上无自在在分界面上无自在电荷荷时，电位移位移的法向分量是延的法向分量是延续的。界面两的。界面两侧电场强度的法向分量是不延度的法向分量是不延续的。的。二、切向分量二、切向分量ABCD界面两界面两侧电场强度的切向分度的切向分量是延量是延续的；的；电位移矢量的位移矢量的切向分量是不延切向分量是不延续的的98 压电效效应 铁电体体 驻极体极体一、一、压电效效应 压电效效应(正正压电效效应)：某些固体：某些固体电介介质，当它，当它们发活力械形活力械形变时，会，会产生极化，在它生极化，在它们相相对的两个面上将的两个面上将产生异号的极化生异号的极化电荷。荷。这种因机械形种因机械形变而而产生的生的电极化景象称极化景象称为压电效效应。电致伸致伸缩(逆逆压电效效应)：在：在电场的作用下，晶体的作用下，晶体发活力械形活力械形变。运用：运用：机械振机械振荡电振振荡：送：送话器、器、电唱唱针、丈量爆炸、丈量爆炸时的的压力力电振振荡机械振机械振荡：超声波的：超声波的换能器能器二、二、铁电体体 概念：概念：酞酸酸钡等等电介介质的相的相对电容率很大，且随外加容率很大，且随外加电场而改而改动；当外加；当外加电场撤去以后，撤去以后，电介介质并不称并不称为中性，而中性，而具有剩余极化，具有剩余极化，这一性一性质与与铁磁磁质很很类似，称似，称为铁电体。体。运用：制造运用：制造电容器和各种容器和各种压电器件。器件。三、三、驻极体极体概念：概念：电介介质在外在外电场的作用下会的作用下会产生极化景象；当外加生极化景象；当外加电场撤去以后，撤去以后，电介介质能能长期期坚持极化形状，持极化形状，这类能能长期期坚持极化形状的物体称持极化形状的物体称为驻极体。极体。1919年由日本科学家江口元太朗制成。年由日本科学家江口元太朗制成。驻极体的制造方法：极体的制造方法：热驻极法极法电驻极法极法运用：运用：电容容传声器、拾音器、拾振器等。声器、拾音器、拾振器等。小小 结静静电场的能量的能量 能量密度能量密度作作业：思索思索题： P94 12，13，15，16习 题： P96 13，16，19，28预 习：10-1，10-2，10-3，10-4