任俊
電容器公式C=Q/U中的Q是指電容器所帶的電荷量,由于一般情況下電容器兩極板帶等量異種電荷,所以,Q應指單個極板所帶電量的絕對值.但是,在有些情況下,電容器兩極板所帶的卻不是等量異種電荷,在這種情況下, 公式C=Q/U中的Q 又如何取值呢?
如圖1,設平行板電容器A、B兩極板的帶電量分別為QA、QB,若不考慮兩極板相互間的靜電感應,則電荷都將均勻的分布在極板的外表面,且A和B兩極板的內外面平均分配帶電量,即A板內外兩表面的帶電量分別都為QA/2,B板內外兩表面的帶電量分別都為QB/2.
如圖2,考慮到A、B彼此處于對方產生的電場中,B在A處產生電場的電場強度為QB/2εS,靜電平衡時,A內部合場強為零,由高斯定理可知,A由于受B的感應,在其外表面感應出+QB/2的電量,在其內表面感應出-QB/2的電量.同理可知,B由于受A的感應,在其外表面感應出+QA/2的電量,在其內表面感應出-QA/2的電量.
如圖3,當達到靜電平衡狀態(tài)時,A的外表面實際帶電量應為(QA+QB)/2,A的內表面實際帶電量應為(QA-QB)/2;B的內表面實際帶電量應為-(QA-QB)/2,B的外表面實際帶電量應為(QA+QB)/2,.顯然,電容器的帶電量應取內表面實際帶電量的絕對值,即(QA-QB)/2.
可見,若電容器兩極板帶等量異種電荷,Q應取單個極板所帶電量的絕對值;若兩極板所帶的不是等量異種電荷時(分[HJ]別設為QA、QB),電容器帶電量應?。≦A-QB)/2.
兩極板帶電量不相等的情況通常又可分為兩種,一是帶不等量同種電荷;二是帶不等量異種電荷.下面就此兩種情況各舉一例.
一、兩極板帶不等量同種電荷
析與解兩極板帶不等量同種電荷,由于QA 大于QB 所以A板電勢高于B板電勢,兩板間電場方向豎直向下.帶電液滴恰能懸浮在兩板間,說明所受電場力豎直向上.因此,此液滴帶負電.
此電容器帶電量
二、兩極板帶不等量異種電荷
解有關平行板電容器計算題時,一定要認真審題,弄清兩個極板到底帶等量異種電荷;還是帶不等量同種電荷;還是帶不等量異種電荷.要根據(jù)不同情況來確定公式C=Q/U中Q的取值,決不能盲目地把Q取為單個極板所帶電量的絕對值. 否則就有可能導致解題錯誤.