需要先学习的内容静电力与电场机械能守恒的条件

电势与电容器

给2⁠块相互平行的金属板充电,再缓慢地在两板之间插入电介质。分别考察断开电池和保持连接两种情况。

電池を外して板間全体を比誘電率4⁠の誘電体で満たすと、エネルギーは何倍か?

用公式解释现象

  1. 1在电场中移动电荷W=⁠q E d……
  2. 2将每1 C⁠电荷所具有的势能定义为电势U=⁠q φ……
  3. 3建立电势差与电场的关系V=⁠E d……
  4. 4求点电荷周围的电势φ=⁠k Qr……
  5. 5连接电势相等的点E⊥等势线……
  6. 6在2⁠块极板之间施加电压Q=⁠C V⁠,C = ε₀ Sd……
  7. 7在两板之间插入电介质,求电容C'=⁠εr ε₀ Sd……
  8. 从这里开始,U⁠表示整个电容器的储能(步骤2⁠中的U = qφ⁠表示试探电荷的势能)。用q⁠表示充电过程中的电荷量,Q⁠表示最终的电荷量。
  9. 8由充电所需的功求储能U=⁠½ Q V=⁠½ C V²……
  10. 9断开电池后插入电介质U'=⁠Q²2 εr C=⁠Uεr……
  11. 10保持与电池连接并插入电介质U'=⁠½ εr C V²=⁠εr U……
  12. 拓展:等效电容与电场能量
  13. 11连接电容器并联 C₁ + C₂⁠,串联 11/C₁ + 1/C₂……
  14. 12用电场表示能量u=⁠½ ε₀ E²……