大学物理13 静电场中的导体和电介质[精选].ppt

带静电的梳子为什么能吸引水柱？ 电介质的微观图像 分类： 有极分子 无极分子 ? ? ? 分子电偶极矩 无外场时： 有极分子 无极分子 ?V 一. 电介质的极化 有电场时 非极性(无极)分子介质 位移极化 极性(有极)分子介质 取向极化 对取向极化的说明： ?由于热运动， 不是都平行于 ； ?有极分子也有位移极化，不过在静电场中主要是取向极化， 但在高频场中，位移极化反倒是主要的了。 均匀电介质在静电场中 + + + – – – 取向极化 + + + – – – 位移极化 电介质极化：在外电场作用下，电介质产生一附加电场或电介质表面出现束缚电荷的现象。 介质内电场: 电介质的击穿: 若E0很强，电介质分子正负电荷被拉开变成自由电荷，大量自由电荷的产生，其绝缘性能遭破坏而变成导体。 电介质的介电强度（击穿强度）： 电介质材料所能承受的不被击穿的最大电场强度。 电介质极化特点：内部场强一般不为零。 极化状态：各分子电偶极矩矢量和不会完全相互抵消。 二、极化强度 (Polarization intensity） —表征电介质极化程度 电极化强度：电介质中某点附近单位体积内分子电偶极矩的矢量和 单位：C/m2 ?V ? 宏观小、微观大的体积元 均匀极化：电介质各处极化强度P大小和方向都相同。 三. 极化强度矢量与极化电荷面密度的关系 等效 电介质 P + + + + σ ′ 不被抵消 电介质 P E 有抵消作用 n —单位体积内的分子数 每个分子的正电荷重心相对于其负电荷重心都有一个位移l，各个分子的感应电矩都相同，电介质的极化强度为 以均匀的位移极化为例： l dS + + + + n dq? 小柱体 + – + – 表面 dS 出现的束缚电荷： 1.电介质表面极化电荷面密度 ——介质外法线方向 S 整个封闭S表面 出现的束缚电荷： 2. 根据电荷守恒定律知，S 所围体积内的极化电荷q? 与P 的关系： §3 电位移矢量 电介质中的高斯定律 给定自由电荷分布，如何求稳定后的电场分布和束缚电荷分布？ ?电荷重新分布? ··· E0 ? E1 ? E2 ? · · · ? E 实际计算：引入一个包含束缚电荷效应的辅助量D，直接求D，再求E. 存在介质时，静电场的规律： 给定自由电荷分布 ?电场 ?束缚电荷分布 ?电场重新分布 迭代计算： 一. 电位移矢量及其高斯定理 电介质 q0 q? q内 q0内 ′ S 又 ，代入移项得 定义：电位移矢量 故 通过电介质中任一闭合曲面的电位移通量等于该面包围的自由电荷的代数和––– 有介质时的高斯定理 (1) D只和自由电荷有关吗? (2)电位移线 D的高斯定理说明D在闭合面上的通量只和自由电荷有关，这不等于说D只和自由电荷有关，D既和自由电荷又和束缚电荷有关( E是空间所有电荷共同产生的)。 类似于电场线(E线)，在电场中也可以画出电位移线(D线)； 由于闭合面的电位移通量等于被包围的自由电荷，所以D线发自正自由电荷；止于负自由电荷。 对D的理解 对于各向同性电介质，实验表明 (?＝ ? o?r ––– 介电常数) 二、有电介质时电场、束缚电荷的计算 解题思路： ? ? ? ? 【例】一带正电的金属球浸在油中。求球外的电场分布和贴近金属球表面的油面上的束缚电荷。 R + + + + + + + + + - - - - - - - q q D 的高斯定理 P E D r 为什么？ 解： R + + + + + + + + + - - - - - - - q q P E D r -r ^ P(R) 电极化强度与r有关， 是非均匀极化。 总与 反号，数值小于 。 球表面的油面上的束缚电荷： 【思考】油内出现体束缚电荷吗？ 另一解法： 用 E 的高斯定理 R + + + + + + + + - - - - - - q q ?+? + + - - DS §4 电容与电容器 任何孤立导体，q /U与 q、U均无关，定义为电容： 电容单位：法拉（F） 一. 孤立导体的电容 导体球电容 孤立导体球 R 电容只与几何因素和介质有关 固有的容电本领 欲得到1F的电容， 孤立导体球的半径R ？ 由孤立导体球电容公式 * “电风”吹蜡烛 第 13 章 静电场中的导体和电介质 第13章 静电场中的导体和电介质 §13.1 导体的静电平衡 §13.2 电介质的极化 电极化强度 §13.3 电位移矢量 电介质中的静电场 §13.4 电容与电容器 §13.5 静电场的能量 作业：练习册 本章导读 仍然是静电场，场量仍然是： 基本性质方程： 讨论：静电场对导体和电介质的作用以及后者对前者的影响