【文章內容簡介】 器 電容器指標 : (1)電容量 . (2)耐壓 . (不被擊穿時的最高工作電壓 , 有直流耐壓和交流耐壓之分 ) 3. 實用電容器 * 符號 : 固定 微調 可調 電解 任何導體間均存在電容，如導線之間、人體與儀器之間等 ——稱為 分布電容 。 一般分布電容很小，可以忽略。 理學院 鄧勝華 電容器的 并聯 : 容量 : ????? i21 CCCC ? 耐壓 : 為各電容器中耐壓最小者 電容器的 串聯 : 容量 : ?????i21 C1C1C1C1 ?耐壓 : 電壓按各電容器的容量之比分配 , 總耐壓可以提高 , ?? iUU 總167。 22. 電容和電容器 串并聯 : 總容量可提高． 理學院 鄧勝華 167。 23. 電介質的極化 U0 +q ?q U ?q +q 如圖 , 電容 C0中插入電介質 rUU ?0?? 極間電壓減小 : ?電容變大 : 0r CC ??其中 ?r 稱為 相對介電常數 , 恒 1, 與物質有關 定義 : 0r??? ?介電常數 真空 介電常數 相對 介電常數 由 C0 ? ?0 ?填滿電介質時 用 ? 代替 ?0 例如 :大平板電容器 : dSC ?? 2r4 q??為什么 ? 物理原因 ? 。 點電荷場強 : 一 . 電介質對電容的影響 167。 23. 電介質的極化 理學院 鄧勝華 二 . 電介質的極化 32 NHOHH C l ,:, 如有極分子?????但取向隨機有極無極,::ii0p0p????? ?取向趨同轉動有極正負電中心分離無極,:,:iip0p??HeCHH 42 ,:, 如無極分子電介質的電結構 0pVi ????無外電場時0pVi ????有外電場時167。 23. 電介質的極化 宏觀：中性不帶電 微觀： 宏觀：極化、 q′、 E′ 微觀： 177。 177。 177。 177。 177。 177。 177。 177。 177。 177。 177。 177。 177。 177。 177。 ↘ ↗ ↙ → ← ↓ → ↗ ↘ ↙ ↙ ↓ ↙ ↗ ↘ 理學院 鄧勝華 無極分子 有極分子 極化性質 : 位移極化 取向極化 極化后果： 出現極化電荷 (束縛電荷 ) q′ 0E0 ? 177。 177。 177。 177。 177。 177。 177。 177。 177。 177。 177。 177。 177。 177。 177。 ↘ ↗ ↙ → ← ↓ → ↗ ↘ ↙ ↙ ↓ ↙ ↗ ↘ 0E0 ?0?? 分子p167。 23. 電介質的極化 ?極化 理學院 鄧勝華 – 在電介質內部：附加場與外電場方向相反，削弱 – 在電介質外部：附加場與外電場方向相同，加強 – 平衡時總場決定了介質的極化程度 39。EEE 0 ??? ??極化電荷產生的場 外場 167。 23. 電介質的極化 39。qqq ?? 0有介質存在時： 退極化場 E′——極化電荷產生的附加電場 理學院 鄧勝華 三 . 極化強度矢量 VpP V i??? ? ?? SI: C/m2 ~ ?. 167。 23. 電介質的極化 介質的體積，宏觀小 微觀大（包含大量分子） 介質中一點的P(宏觀量 ) 微觀量 定義 極化強度矢量 : 理學院 鄧勝華 167。 23. 電介質的極化 四 .極化強度和極化電荷的關系 ??? ???內SS39。qSdP電極化強度矢量的高斯定理 : 可證 : 在介質內任取一閉合曲面 S 以曲面的外法線方向 n為正 穿過閉合曲面 S的極化強度矢量的通量 =S內凈余極化電荷的負值 :－ ?q’ 理學院 鄧勝華 微分形式 ? 介質中任意一點的極化強度矢量的散度等于 該點的極化電荷體密度的負值。 ? 均勻極化的電介質內部 ??? ???內SS39。qSdP ?? ???VdV39。?dVV??? ?? P? ?? ???VdV39。?39。P ????? ?0＝， 39。P ?常數??矢量分析的高斯定理 極化強度和極化 電荷體密度的關系 理學院 鄧勝華 nPnP ???? ???可證 : (1).自動給出極化電荷的符號 0n? E?? 0n?nP?0E?P??39。 ?39。 (2).若 均勻電介質 體內無自由電荷，則不管電場是否均勻，極化后電介質內部都無凈余極化電荷。 但 非均勻電介質 極化后，除極化 面電荷 外， 還可能有極化 體電荷 。 167。 23. 電介質的極化 出現正電荷0PnP90 n ????? ??? 39。, ??出現負電荷0PnP90 n ????? ??? 39。, ??理學院 鄧勝華 五 .電介質的極化規(guī)律 電極化率 39。)39。(39。 EqE e0 ?? ? ??? ??? ?? ?介質極化39。EEE 0 ??? ??167。 23. 電介質的極化 電極化率： 由介質的屬性決定 對 各向同性 介質， ?e 是 標量 , 且 E1P r0 ?? )( ?? ?? 即 1re ?? ??各向異性介質中 ?e 是張量 VpP V i??? ? ??實驗 : ?該點的 , 不太強時 ,有 : P? E? E? EP 0e ?? ???電介質中任一點的極化強度 P由該點的總電場 E決定 .對于不同的物質 , P與 E的關系 (極化規(guī)律 )不同 . 對于大多數常見的 線性 電介質 , 理學院 鄧勝華 ? 介質性質是否隨空間坐標變 （空間均勻性） – ?e—常數 ： 均勻介質 ； – ?e—坐標的函數：非均勻介質 ? 介質性質是否隨空間方位變 （ 方向均勻性 ） – ?e—標量：各向同性介質； – ?e—張量：各向異性介質 ? 以上概念是從不同的角度來描述介質的性質 – 空氣：各向同性、線性、非均勻介質 – 水晶：各向異性、線性介質 – 酒石酸鉀鈉、鈦酸鋇：各向同性非線性介質 ——鐵電體 EP 0e ?? ???167。 23. 電介質的極化 理學院 鄧勝華 ? 鐵電體的極化特征： – 極化狀態(tài)不僅決定于電場，還與極化歷史有關， 其性質類似于鐵磁體 – 電滯回線：鐵電體極化過程中極化強度矢量 P隨外場的 變化曲線是非線性的，類似于鐵磁體的磁滯回線（如圖） ? 鐵電體是一類特殊的電介質 ， 其電容率的特點是： ?數值大 、 非線性效應強； ?有顯著的溫度依賴性和頻率依賴性； ?有很強的壓電效應和電致伸縮效應 ? 作為重要的功能材料 ?絕緣和儲能方面； ?換能 、 熱電探測 、 電光調制； ?非線性光學 、 光信息存儲和實時處理等 167。 23. 電介質的極化 理學院 鄧勝華 鐵電體極化的微觀機制 ? 鐵電體內部有自發(fā)極化的小區(qū)域 ——電疇 ? 每個電疇內極化均勻、方向相同，形成一固有電矩 ? 電疇是不能任意取向的，只能沿著晶體的幾個特定的晶向取向，即取決于鐵電晶體原型結構的對稱性 鈦酸鋇 (BaTiO3) 晶片，自發(fā)極化方向可以與三個結晶軸的任一個同方向 167。 23. 電介質的極化 理學院 鄧勝華 )39。,39。(39。 ??qPE 0 ? ??? ?? ??0E39。EE??? ??描述極化的幾個物理量互相影響、互相制約，一個知道則都知道，而一個不知道均不知道 ?有介質時，場和真空中的場有何異、同？ ?庫侖定律 +疊加原理 仍成立 ?靜電場性質 （ 有源 、 無旋 ） ？ ——不變 為什么？因為極化電荷也是靜電荷 EP 0e ?? ???167。 24. 有介質時的靜電場 167。 24. 有介質時的靜電場 理學院 鄧勝華 ?? ????S SqSdP內39。???? ????? ???????? ??????S SS00S0S00SdPq1q1q1SdE ????內內內 ???39。?? ????S S00 qSdPE內??? )( ?PED 0 ??? ?? ?電位移矢 量 ?? ???S S0qSdD內?? S面內包圍的自由電荷 電 位 移 矢量通量 167。 24. 有介質時的靜電場 輔助矢量 一 . 電位移矢量與有介質時的 Gauss定理 有介質時 : 39。qqq ??0 39。EEE 0??? ??把靜電場的Gauss定理變換一下 : ?? ???S SqSdE內0001???理學院 鄧勝華 ? 通過電介質中任意閉合曲面的 電位移通量 ，等于閉合曲面內的 自由電荷的代數和。 ? 理論地位：描述場的性質， 有源無旋場。 ?? ???S S0qSdD內??167。 24. 有介質時的靜電場 ? 電位移線 起于正的 自由 電荷 ,