介质的极化详解.ppt

1）极化强度的定义 § 2.4 媒质的电磁特性 1、 电介质的极化 导体中的电子称为自由电子，其携带的电荷称为自由电荷。介质中的电荷是不会自由运动的，这些电荷称为束缚电荷。介质的极化方式可分为位移极化和取向极化。 极化强度描述介质的极化程度，表示极化介质中某位置处单位体积内（平均）分子电偶极矩。其中的 表示分子的电偶极矩， 为介质中的体积元。 2.4.1电介质的极化 电位移矢量 发生极化以后，介质表面出现面分布的束缚电荷。若介质内部是不均匀的，则极化产生的电偶极子的分布也是不均匀的，在介质内部出现束缚电荷的体分布，因而出现体分布的束缚电荷。这种因极化产生的面分布及体分布的束缚电荷又称为极化电荷。 极化电荷也要产生电场，影响原外电场分布。 极化电荷体密度 极化电荷面密度 极化强度与束缚电荷的关系 2、电位移矢量和电介质中的高斯定理 在真空中有 ， 为自由电荷密度 在电介质中应为 电位移矢量 有 由散度定理 微分形式 介质中静电场的基本方程为 积分形式： 由 为介质的相对介电常数， 为介质的介电常数， 任何介质的相对介电常数 总是大于1 为极化率，是一个大于0的无量纲常数，与介质有关 对于线性、各相同性的均匀介质 3、介电常数 介 质 介 质 空 气 1.0 石 英 3.3 油 2.3 云 母 6.0 纸 1.3~4.0 陶 瓷 5.3~6.5 有机玻璃 2.6~3.5 纯 水 81 石 腊 2.1 树 脂 3.3 聚乙烯 2.3 聚苯乙烯 2.6 ?r ?r 下表给出了几种介质的相对介电常数的近似值 空间各点极化率相同的介质称为均匀介质，否则，称为非均匀介质； 极化率与电场强度的大小无关的介质称为线性介质，否则，称为非线性介质； 若极化率是一个正实常数，为线性均匀且各向同性的介质。若极化率表示为矩阵，且矩阵的各个元素都是一个正实常数，则为线性均匀各向异性的介质。 极化率与时间无关的介质称为静止媒质，否则称为运动媒质。 介质的均匀与非均匀性、线性与非线性、各向同性与各向异性、静止与运动分别代表不同的概念，不应混淆。 例 2 - 3 一个半径为a的导体球，带电量为Q，在导体球外套有外半径为b的同心介质球壳， 壳外是空气，如图 2 - 8 所示。求空间任一点的D、 E、 P以及束缚电荷密度。 图 2 -8 例 2 - 8 用图 解： 介质内(arb)： 介质外(rb)： 介质内表面(r=a)的束缚电荷面密度： 介质外表面(r=b)的束缚电荷面密度： 束缚电荷体密度：