charpt2_3_静电场中的电介质.ppt

交界面 真空的相对介电常数=1 a, a’为极化强度饱和点，当电场再增加时， 极化强度不变。 电滞回线 相对介电常数 （介电常数） 平行板电容器插入电介质前后两极 板间的电压分别用V0、V表示， 它们的关系： 是一个大于 1 的常数，无量纲， 其大小随电介质的种类和状态的不 同而不同，是电介质的特征常数 称为电介质的相对介电常数。 空气的相对介电常数1.00059(0oC，1atm） +Q –Q +Q –Q 静电计测电压 V0 V 当平板电容器中放入电介质，电介质将产生退极化场， +Q –Q 插入介质时电容的变化 充满同种介质的电容器 电量Q 不变，电压ΔU 变小，则电容C 变大； 电压ΔU 不变，电量Q 变大，则电容C 变大。 若平板电容中充满同一种介质，则 介电强度 介质所能承受的最大场强，大于介电强度，介质击穿。 有电介质时的高斯定理及环路定理： 问题： ? 定义： 电位移矢量 electric displacement 自由电荷 束缚电荷 电场的高斯定理 有介质时的高斯定理 （电位移矢量 ） 介质极化 自由电荷 通过任一闭合曲面的电位移通量，等于 该曲面内所包围的自由电荷的代数和。 物理意义 该积分方程的微分形式： （散度） 两种电力线 线与 线 + + + + + - - - - - （a）电位移线 + + + + + - - - - - （b）电力线 + + + + + - - - - - 非均匀介质的 线 电位移线起始于正自由电荷终止于负自由电荷。 与束缚电荷无关。 电力线起始于正电荷终止于负电荷。 包括自由电荷与束缚电荷。 电场高斯定理 +Q –Q 有电介质时电场的环路定理： 小结： 有电介质时： 有介质时的总电场，由高斯定理和环路定理才能 完全确定。 【已知】：如图所示 ，已知 球外：真空ε0 ; 球体：R1, ε1, 球体均匀带电Q; 球壳：R2, ε2 【求】：各处的电场强度，电位移矢量，以及电势. 多层介质球 R1 R2 【解】：根据对称性，电场以及电位移矢量是球对称 分布的，依次做不同区域的高斯面，计算电位移矢量的 通量以及被高斯面包围的自由电荷量，可求得电位移 矢量，而后可求得电场的分布，根据电场的分布，可 求出电势。 场强 多层介质球 R1 R2 多层介质球 R1 R2 电势 R1 R2 电位移、电场强度和电势随矢径变化曲线 。 ε1 ε2 ε0 R1 R2 D, r D ~ r, E ~ r, U ~ r 曲线 图2.23 D,E,U~r 曲线 E, U 问题：为何E线不连续？ ε R1 R2 ε R1 R2 ε R1 R2 极化电荷面密度亦可由 自由电荷面密度与极化电荷面密度关系得到： ε R1 R2 * 无极分子:在无外场时,分子的正负电“中心” 重合的分子。 He,H2,N2,O2,CO2等。 每个分子的电偶极矩为零。 有极分子:当无外场时,分子的正负电中心不 重合,具有一定电偶极矩的分子。 如HCl，H2O，CO等。 有极分子尽管为电中性，但是每个分子有一个 固有电偶极矩 在电场中，电介质将被电场极化。 电介质极化概说 介质极化后的附加电场，即退极化场 外电场，即无介质时的电场 不能全部抵消 （与金属导体不同）。 产生极化电荷 或 —— 束缚电荷。 介质中的总电场 电极化（ Polarization ）的微观机制 取向极化 ①位移极化 Displacement polarization 位移极化 主要是电子发生位移 ②取向极化 Orientation polarization 由于热运动这种取向只能是部分的，遵守统计规律。 在外电场中的电介质分子 非极性分子主要是位移极化，感生电矩的方向沿外场方向。 无外场时，所具有的电偶极矩称为固有电偶极矩。 在外电场中产生感应电偶极矩（约是前者的10-5)。 极性分子有上述两种极化机制。 在高频电场下只有位移极化。 l 极化电荷 Polarization charge or bound charge 在外电场中，均匀介质内部各处仍呈电中性，但在 介质表面要出现电荷，这种电荷不能离开电介质到 其它带电体，也不能在电介质内部自由移动。我们 称它为束缚电荷或极化电荷。它不象导体中的自由 电荷能用传导方法将其引走。 在外电场中，电介质表面出现面束缚电荷、非均匀介质 内部出现体束缚电荷的现象叫做