静电场中的电介质12069.ppt

（1）无极分子的极化机制在外场作用下，正负电荷中心不再重合，被移位而错形，称为位移极化，或称拉伸极化。介质是均匀的、全充满的，介质内部没有极化电荷，极化电荷只出现在介质两端。外场E0↑，极化越整齐。 （2）有极分子极化机制大量有极分子的电介质，在无外电场时其内部结构是杂乱的。有极分子电介质在外电场作用下，发生转向，称为转向极化。 三、极化强度(polarization)矢量 解： 电场的能量 一、带电体系的能量 d q Q + 电场是物质存在的形式之一。能量、质量、动量 外力要克服电场力做功！ W外 = －W电 dW = U(q)dq A B 以平行板电容器为例，来计算电场能量。 + 设在时间 t 内，从 B 板向 A 板迁移了电荷 在将 dq 从 B 板迁移到 A 板需作功 极板上电量从 0 —Q 作的总功为 忽略边缘效应，对平行板电容器有 能量密度 不均匀电场中 已知均匀带电的球体，半径为R，带电量为Q R Q 从球心到无穷远处的电场能量 解 r 求 例 取体积元 例　一平行板空气电容器的板极面积为S，间距为d，用电源充电后两极板上带电分别为± Q。断开电源后再把两极板的距离拉开到2d。求（1）外力克服两极板相互吸引力所作的功；（2）两极板之间的相互吸引力。（空气的电容率取为ε0）。 板极上带电±Q 时所储的电能为 解 （1 ）两极板的间距为d和2d时，平行板电容器的电容分别为 * + _ _ _ _ + + + ＋Q1 - Q1 电介质 静电场中的电介质 一、 电介质的极化电介质（绝缘体）的电结构与导体不同，电介质的分子中所有电子受原子核的束缚。没有可以自由运动的电子，即使在外电场的作用下，电子也只能在原子内部相对原子核作微小振动，不能离开原子核作宏观的运动。所以，电介质是一种不包含自由电荷的物质。电介质与导体根本区别在于，在外电场中，介质达到平衡时，电介质内的场强一般不为零。 二 电介质极化的微观机制电介质的极化：在外电场的作用下，使电介质表面上出现电荷的现象，叫电介质的极化，在介质表面出现的电荷叫极化电荷(polarization charge)或束缚电荷(bound charge)。电介质的极化机制对无极分子和有极分子有一些差别： 无极分子电介质：（氢、甲烷、石蜡等） 有极分子电介质：（水、有机玻璃等） + f f l E外 p e e + E 外 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 无极分子最终极化结果 非极性电介质（non-polar dielectric） + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 极性电介质（polar dielectric） E M p = e × + p e f f E 取一物理无限小体积元△V，其中求电偶极矩矢量和 实验证实：在各向同性介质中 其中：为极化率在各向异性介质中与极化电荷有什么关系呢？与极化电荷有什么关系呢？ 1、均匀介质 2．非均匀介质 内部就会出现极化电荷 说明有正电荷移出 说明有正电荷移入原来是电中性的。移出去是正的，内部就剩下负的；移出去是负的，内部就剩下正的。介质中的高斯定理 一、介质中的高斯定理 令： —— 介质中的高斯定理 二、 与之间的关系 相对介电常数 绝对介电常数 三、物理意义 ① 电位移矢量：辅助物理量，没有明确的物理意义 ②的源不仅包括自由电荷，还包括极化电荷的源仅仅是自由电荷，它的力线只发自于正的自由电荷，而终止于负的自由电荷，连续的穿过介质 电位移线与电场线 性质不同 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 电场线 电位移线 有电介质存在时的高斯定理的应用 （1）分析自由电荷分布的对称性，选择适当的高斯面，求出电位移矢量。 （2）根据电位移矢量与电场的关系，求出电场。 （3）根据电极化强度与电场的关系，求出电极化强度。 （4）根据束缚电荷与电极化强度关系，求出束缚电荷。 两平行金属板之间充满相对介电常数为?r 的各向同性均匀电介质,金属板上的自由电荷面密度为?0 。 两金属板之间的电场强度和介质表面的束缚电荷面密度. 求 例 ?r + + + + + + + + + - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 解 例 平行板电容器，其中充有两种均匀电介质。 求 (1) 各电介质层中的场强 (2) 极板间电势差 解 做一个圆柱形高斯面 同理，做一个圆柱形高斯面 ? 各电介质层中的场强不同 ? 相当于电容器的串联