高中物理竞赛—电磁学篇（基础版）29静电场中的电介质（2）(共13张PPT)

2020物理竞赛 静电场中的电介质2 9－5 静电场的能量 能量密度 9－6 静电的应用 9－7 电场的边界条件 9－8 压电效应 铁电体 驻极体 复 习 静电场中的电介质 电位移 电介质中的高斯定理 9－5 静电场的能量 能量密度 一、电容器的电能 设在某时刻两极板之间的电势差为U，此时若把+dq电荷从带负电的负极板搬运到带正电的正极板，外力所作的功为 若使电容器的两极板分别带有±Q的电荷，则外力所作的功为 电容器所储存的静电能 外力克服静电场力作功，把非静电能转换为带电体系的静电能 E +dq + _ 二、静电场的能量 能量密度 1、静电场的能量 对于极板面积为S、极板间距为d平板电容器，电场所占的体积为Sd，电容器储存的静电能为 2、电场的能量密度 定义：单位体积内的能量 对于任意电场，本结论都是成立的。 电容器所具有的能量与极板间电场E和D有关，E和D是极板间每一点电场大小的物理量，所以能量与电场存在的空间有关，电场携带了能量。 例1、球形电容器的内、外半径分别为R1和R2，所带的电量为±Q。若在两球之间充满电容率为ε的电介质，问此电容器电场的能量为多少。 解：若电容器两极板上电荷的分布是均匀的，则球壳间的电场是对称的。由高斯定理可求得球壳间的电场强度的大小为 电场的能量密度为 取半径为r、厚为dr的球壳，其体积为dV=4πr2dr。所以此体积元内的电场的能量为 电场总能量为 R1 R2 例2、一个球半径为R，体电荷密度为，试利用电场能量公式求此带电球体系统的静电能。 9－6 静电的应用 一、静电的特点 带电体所带的静电电荷的电量都很小； 静电场所具有的能量也不大； 电压可能很高。 二、静电的应用 范德格拉夫起电机 静电除尘 静电分离 静电织绒 静电喷漆 静电消除器 静电生物技术 9-7 电场的边界条件 电场的边界条件给出电介质的分界面上电场中物理量所应遵守的规律。 一、法向分量 在分界面上无自由电荷时，电位移的法向分量是连续的。界面两侧电场强度的法向分量是不连续的。 二、切向分量 界面两侧电场强度的切向分量是连续的；电位移矢量的切向分量是不连续的 A B C D 9－8 压电效应 铁电体 驻极体 一、压电效应 压电效应(正压电效应)：某些固体电介质，当它们发生机械形变时，会产生极化，