静电场的能量PPT课件

1、带电体系的静电能：带电体系的静电能： 把带电系统的电荷分裂到彼此相距无限远的状把带电系统的电荷分裂到彼此相距无限远的状态中态中, 静电场力做正功，把静电能即电场的能量转静电场力做正功，把静电能即电场的能量转化为其他形式的能量。如电容器的放电过程。化为其他形式的能量。如电容器的放电过程。或：把或：把电荷电荷从无限远离的状态聚合成从无限远离的状态聚合成带电系统带电系统的过的过程中，外力克服静电力做功，程中，外力克服静电力做功，把其他形式的能量转把其他形式的能量转化为静电能即电场的能量。如电容器的充电过程。化为静电能即电场的能量。如电容器的充电过程。静电场的能量静电场的能量+q-q以平行板电容器充电

2、为例：以平行板电容器充电为例：再把电荷再把电荷+dq从极板从极板2移到极板移到极板1，外力克服电场力做功为外力克服电场力做功为qVVAd)(d21设某时刻两极板已带有电荷设某时刻两极板已带有电荷 q，电势差为电势差为21VVCqVV21qCqAdd 电容器从电容器从q=0充电至充电至q=Q时，外力做的总功为时，外力做的总功为CQqCqAAQ2021dd221212)(21)(2121VVCVVQCQW适用于任何形状的电容器。适用于任何形状的电容器。电容器储存的静电能：电容器储存的静电能：)(21VVCQ 带电体系的电能是储存在电场中的，静电能即带电体系的电能是储存在电场中的，静电能即电场的能量

3、。电场的能量。dSCEdVV21VESdE222121（电容器体积：（电容器体积：V =Sd）电场的能量密度：电场的能量密度：EDEVWw21212e平行板电容器：平行板电容器：(适用于任何电场适用于任何电场)221)(21VVCWEDEw21212e任一带电体系的总能量：任一带电体系的总能量：电场的能量密度：电场的能量密度：VVVEVwWd21d2e例例7-26 求求真空中一半径为真空中一半径为a，带电荷量为，带电荷量为Q的的均匀球均匀球体体的静电场能。的静电场能。aQ解：解：0332134344raQrE球内场强：球内场强：3014aQrE球外场强：球外场强：2024rQE343aQaaV

4、EVEVwWd21d21d2200210eaarrrQrrrQd4421d442122200220200aQaQaQ020202203840aQdV例例7-27 真空中半径为真空中半径为r的的导体球导体球，外套同心，外套同心导体球壳导体球壳，半径半径R1、R2，内球带电荷，内球带电荷q，求下列两种情况下静电能，求下列两种情况下静电能的损失：（的损失：（1）球与壳用导线相连；（）球与壳用导线相连；（2）壳接地。）壳接地。解：解：VEVEWd21d21) 1 (2202101rrrqVEWWWRrd4421d2122200210121102118RrqVEWd212202r1RR2qqq1E2EV

5、EWd21)2(21022d4421d212220022012RrrrqVEWWW2028RqrR1R2qqqE1E2例例7-28 平行板空气（平行板空气（ 0）电容器，面积为）电容器，面积为S，间距为，间距为d， 用电源充电使两极板带有电荷用电源充电使两极板带有电荷 Q。断开电源后再把两。断开电源后再把两极板的距离拉开到极板的距离拉开到2d，求：（，求：（1）外力所做的功，（）外力所做的功，（2）两极板间的相互吸引力。两极板间的相互吸引力。解：解： （1）两极板拉开前后的电容为）两极板拉开前后的电容为 dSC01dSC202电容器储存的电能为电容器储存的电能为 SdQCQW02121221S

6、dQCQW022222221（2）两极板间的相互吸引力：）两极板间的相互吸引力：SQdAF022外力所做的功为外力所做的功为 SdQWWA02122静电场中的导体和电介质静电场中的导体和电介质一、导体静电平衡条件：一、导体静电平衡条件：导体内任一点的电场强度都等于零导体内任一点的电场强度都等于零导体表面任一点导体表面任一点 场强方向垂直于表面场强方向垂直于表面导体为导体为等势体等势体，导体表面为，导体表面为等势面等势面二、二、 导体上电荷的分布导体上电荷的分布1)1)当带电导体处于静电平衡状态时当带电导体处于静电平衡状态时, ,导体内部处处导体内部处处没有净电荷没有净电荷存在存在, ,电荷只能

7、分布于导体的表面上电荷只能分布于导体的表面上. .2)2)导体表面附近的导体表面附近的场强场强方向与表面垂方向与表面垂直直，大小与该处电荷的面密度成正比大小与该处电荷的面密度成正比. .neE0三三. . 有导体存在时静电场的计算有导体存在时静电场的计算3） 实心导体、实心导体、 空腔导体、静电屏蔽空腔导体、静电屏蔽导体上的导体上的电荷分布电荷分布计算计算 分布分布（ 方法同前方法同前 ）UE ,静电平衡条件静电平衡条件 电荷守恒定律电荷守恒定律0内E常量Viiq常量一个带有电荷为一个带有电荷为Q 的孤立导体的孤立导体, ,其电势为其电势为V ( (无穷远处为电无穷远处为电势零点势零点) )VQC 四、电容四、电容BAVVqC电容器电容器:电场中充满均匀各向同性电介质的情况下电场中充满均匀各向同性电介质的情况下EEDr0电位移矢量电位移矢量D)(0自由电荷SiiqSdD电介质中的高斯定理电介质中的高斯定理五、五、 有电介质时