9-7 电介质.ppt

9-7 静电场中的电介质 一.电介质 电介质是指在通常条件电阻率超过108?.m的物质下导电性能极差的物质。 电工学中一般认为电阻率超过108?.m的物质就属于电介质。 电介质可以作为绝缘材料使用，同时，在电场作用下，电介质会被极化，某些固体电介质具有许多与极化相关的特殊性能，如电致伸缩、压电性、铁电性等等。 二.电介质对电容器中电场的影响 电介质: 绝缘体 放在电场中的 电介质 电场 ?r 实验 ?r —电介质的相对电容率（相对介电常数） 结论: 介质充满电容器时,电势差减小！ +Q -Q + + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - 介质中电场减弱 103~104 钛酸钡 5~10 玻璃 3.5 橡胶 4~7 云母 2.24 变压器油 80 纯水 1 真空 相对介电常数 电介质 几种电介质的相对介电常数 三.电介质的极化 极化电荷 无极分子 甲烷、氢、石蜡） 有极分子（水、有机玻璃） ? + - 无外场时（热运动） 整体对外 不显电性 无极分子电介质 有极分子电介质 - - - - - - - + + + + + + + 有外电场时 分子 位移极化 分子 取向极化 极化电荷?′ 极化电荷?′ ? 无极分子电介质 ? 有极分子电介质 -?′ ?′ + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - 四 极化强度 - - - - - + + + + + ：分子电偶极矩 ：极化强度 ：极化电荷面密度 ? 无电介质时 ? 加入电介质后 ?r + + + + + + + + + - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 适用于各向同性的均匀电介质充满整个电场空间，或未充满整个电场空间但电介质表面是等势面的情形。 五.有电介质时的高斯定理 电位移矢量 ? 无电介质时 ? 加入电介质后 ?r + + + + + + + + + - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ? ?0?r —介电常数 ?r + + + + + + + + + - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 令： 电位移矢量 通过高斯面的电位移通量等于高斯面所包围的自由电荷的代数和，与极化电荷及高斯面外电荷无关。 电通量 高斯面包围的所有电荷，包括自由电荷和极化电荷 电位移通量 高斯面包围的自由电荷 对于各向同性的均匀电介质，介电常数?是常数，此时电介质中任意一点的电位移矢量D与电场强度E的方向相同，大小是电场强度大小的常数倍，在应用有电介质的高斯定律时，高斯面的取法与真空中的高斯定律中高斯面的取法完全相同，只是需要先求出电位移矢量D，然后利用D与E的关系求出E。 对于非均匀电介质，?不再是常数，D与E的方向一般并不相同，关系也比较复杂。 例. 处于均匀介质中的无限大均匀带电平面的电场，已知电荷面密度为?，介质的相对介电常数为?r。 ?r ? D D 例. 求处于均匀电介质中的无限长均匀带电圆柱面的电场。已知单位长度的电量为?，介质的相对介电系数为?r。 ? ?r Ｒ r h * *