靜電場(chǎng)的能量演示文稿

靜電場(chǎng)的能量演示文稿第一頁，共十八頁。優(yōu)選靜電場(chǎng)的能量第二頁，共十八頁。一、電容器儲(chǔ)存的能量電場(chǎng)是一種物質(zhì)，具有物質(zhì)的屬性，它具有能量.我們從電容器具有能量來說明電場(chǎng)的能量.能量的來源：電容器充電過程，可看成是將電荷從一個(gè)極板移動(dòng)到另一個(gè)極板.在此過程中，外力需克服電場(chǎng)力作功，外力的功轉(zhuǎn)化為電能,貯存在電容器中.

再移動(dòng)dq時(shí),外力需克服電場(chǎng)力作功：

設(shè)充電過程中某一時(shí)刻，電容器所帶電量為q，極板間的電勢(shì)差為u.當(dāng)電容器所帶電量從0增加到Q時(shí)，外力所作的總功為：第三頁，共十八頁。外力所作的功全部轉(zhuǎn)化為電能，儲(chǔ)存在電容器中.由有：電荷是能量的攜帶者.電場(chǎng)是能量的攜帶者—近距觀點(diǎn).在靜電場(chǎng)中難以有令人信服的判決理由,在電磁波的傳播中,如通訊工程中,能充分說明場(chǎng)才是能量的攜帶者.電容器貯存的電能兩種觀點(diǎn)：第四頁，共十八頁。以充滿介質(zhì)的平行板電容器為例。

結(jié)果討論：電容器所具有的能量與極板間電場(chǎng)和有關(guān)，和是極板間每一點(diǎn)電場(chǎng)大小的物理量，所以能量與電場(chǎng)存在的整個(gè)空間有關(guān)，電場(chǎng)是能量的攜帶者.二、電場(chǎng)的能量由有：V體=Sd

為電容器內(nèi)電場(chǎng)存在的空間體積.第五頁，共十八頁。電容器所具有的能量還與極板間體積成正比，于是可定義能量密度，表示單位體積內(nèi)的電場(chǎng)能量：定義:電場(chǎng)的能量密度任意電場(chǎng)的總能量

此公式是從具有均勻電場(chǎng)的電容器推導(dǎo)而來，但可推廣應(yīng)用于任意非均勻電場(chǎng)，具有普遍性。在此情況下，D與E可以不同向，能量密度可以逐點(diǎn)變化，上式推廣為任意電場(chǎng)的能量密度注意:電容器能量也可由

計(jì)算.第六頁，共十八頁。例1.

如圖所示,球形電容器的內(nèi)、外半徑分別為R1

和R2

，所帶電荷為±Q

．若在兩球殼間充以介電常數(shù)為ε的電介質(zhì)，問此電容器貯存的電場(chǎng)能量為多少？

解：高斯定理能量密度第七頁，共十八頁。球形電容器電容討論（1）（2）(孤立導(dǎo)體球貯存的能量)第八頁，共十八頁。例2：同軸電纜由內(nèi)徑為R1、外徑為R2的兩無限長(zhǎng)金屬圓柱面構(gòu)成，單位長(zhǎng)度帶電量分別為±，其間充有r電介質(zhì)。求：①兩柱面間的場(chǎng)強(qiáng)E；②電勢(shì)差U；③單位長(zhǎng)度的電容；④單位長(zhǎng)度貯存的能量.解：①柱面間的場(chǎng)強(qiáng)由介質(zhì)中高斯定理：作高為h半徑為r的高斯柱面，第九頁，共十八頁。②柱面間的電勢(shì)差③單位長(zhǎng)度電容器的電容④單位長(zhǎng)度電容器貯存的能量單位長(zhǎng)度柱體的電量單位長(zhǎng)度的電容(法1)電容器能量公式(法2)電場(chǎng)能量公式第十頁，共十八頁。例3：平行板電容器，真空時(shí)求：①充電后斷開電源，插入r的介質(zhì)；

②充電后保持電壓不變，插入r的介質(zhì)；這兩種情況下的

極板上電量不變介質(zhì)中場(chǎng)強(qiáng)電壓解：①充電后斷開電源，插入介質(zhì)；電位移矢量第十一頁，共十八頁。電容：電容器電容與電量無關(guān)，但與介質(zhì)有關(guān)，插入介質(zhì)后電容器儲(chǔ)存的能量：第十二頁，共十八頁。電壓不變即電鍵K不斷開。電壓場(chǎng)強(qiáng)電位移矢量與自由電荷面密度②充電后保持電壓不變，插入r介質(zhì)；第十三頁，共十八頁。電容：電容器的電容與電量及電壓均無關(guān)，與介質(zhì)有關(guān)，插入介質(zhì)后：電容器儲(chǔ)存的能量We：第十四頁，共十八頁。例4：一平板電容器面積為S，間距d，用電源充電后,兩極板分別帶電±q，斷開電源，再把兩極板拉至2d,試求(1)外力克服電力所做的功,(2)兩極板間的相互作用力.解：根據(jù)功能原理，外力的功等于系統(tǒng)能量的增量。因此，電容器兩個(gè)狀態(tài)下所存貯的能量差等于外力的功.初態(tài)末態(tài)外力反抗極板間的電場(chǎng)力作功(2)兩極板間的相互作用力第十五頁，共十八頁。解：

例5

如圖圓柱形電容器，中間是空氣，空氣的擊穿場(chǎng)強(qiáng)是，電容器外半徑.在空氣不被擊穿的情況下，內(nèi)半徑可使電容器存儲(chǔ)能量最多.（空氣）單位長(zhǎng)度的電場(chǎng)能量++++----++++++++________擊穿場(chǎng)強(qiáng)第十六頁，共十八頁。++++----++++++++________臨界場(chǎng)強(qiáng)下存能最多第十七頁，共十八頁。例6.求一半