标题 | 关于电容器中U不变还是Q不变的判断 |
范文 | 阎振祥 一、两个公式的比较 1.定义式 C=Q/U 定义式适合任何形式的电容器,如平行板电容器、球形电容器、网柱形电容器等,而且极板上所带电荷的多少、两极板间电压的高低与电容大小无关,这是用比值定义法来定义电容的. 2.决定式 对平行板电容器,通过实验可以证明它的电容大小决定于两极板的正对面积、两极板间的距离以及两极板间电解质的介电常数,其数学表达式为: C=εS/4πkd 这是平行板电容器的电容的决定式,它仅适用于平行板电容器. 二、两种情况的比较 平行板电容器的电容与两极板间电压和带电量无关,只是与S、d、ε有关,当其中一个因素改变了,它的电容就要改变,可这时电容器的带电量以及两极板间的电压将如何改变呢?这里要分两种情况: 一是电容器两极板始终与电源相连,此时为两极板间的电压不变,并且总是等于电源电动势,那么电容器极板上所带电量就随要着电容器的改变而改变, 二是电容器被电源充电后再与电源断开,此时两极板所带的电量不变,两极板间的电压就随着电容的改变而改变. 例1 一平行板电容器,其两端始终与一电源相连,如图1所示,当两极板间插入一介电常数为g的电介质时,问电容器的带电量怎样改变?两极板间的电压怎样改变? 解析 因为极板始终与电源相连,故两极板间的电压保持不变.又因为C=εS/4πkd,ε增大,C也增大,同时根据C=Q/U,U不变,则Q随着C的增大而增大. 例2 一平行板电容器,通过导线、开关与电源相连构成闭合电路,如图2所示.此时闭合开关给电容器充电,充电后断开开关,再使两极板正对面积减小,问电容器的带电量怎样改变?两极板间的电压怎样改变? 三、两种情况下的电场强度 1.若电容器两极板始终与电源相连,则电压不变,两极板间的电场强度将随着两极板间的距离改变而改变. 因为两极板间的电场可认为是匀强电场,其电场强度为: E=U/d 在这种情况下,U保持不变,则电场强度E与d成反比, 例如静止在两极板间的带电微粒(如图3),如果两极板间的距离增大时,微粒所受电场力减小,微粒将向下做加速運动;当两极板间距离减小时,微粒将向上做加速运动. |
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