电介质与电场能量05xin.ppt

赵言诚 * 1、 电介质：当物体某部分带电以后，电荷只停留在该 部分，而不能显著地向其它部分分布。 一、 电介质的极化 §5.8 电介质的极化及其对静电场的影响 特点（1）介质中的每个分子或原子内的电子受原子 核的束缚很强，导致电子在介质内不能自 由移动。 （2）每个分子整体呈中性，正负电荷分布在分子 占据的整个空间，但我们可以给出一个等效的 正电荷中心和负电荷中心。 2. 电介质的分类及极化 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） (1) 电介质的分类 无极分子：在无外场时,正负电荷中心重合的分子。 有极分子：在无外场时,正负电荷中心不重合的分子。 （２）电介质的极化 无极分子的位移极化： 有极分子的取向极化： ?　　? ?　　? ?　　? ?　　? ?　　? ?　　? ?　　? ?　　? ?　　? ?　　? ?　　? ?　　? ?　　? E f＋ f－ ?　　 ? E f＋ f－ ?　　 ? ?　　 ? ?　　 ? 　　 ? ? 　　 ? ? ?　　 ? ?　　 ? 　　 ? ? 　　 ? ? 电介质的极化现象：在外场作用下，电介质出现束缚　　 　　　　　　　　　电荷的现象。 二、 电极化强度 极化强度矢量：单位体积内分子电偶极矩的矢量之和 :电极化强度 :分子电偶极矩 的单位： (1)定义： (2)束缚电荷分布与P 的关系 实验证明：在各向同性介质中P ? E 在SI制中 §5.9 电位移矢量 电介质中的高斯定理 引入: 则有 介质中的高斯定理 电位移矢量 （均匀各相同性介质） 与 的关系 设: （任何介质） 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。包括自由电荷和与 束缚电荷。 电位移线：方向与大小。 电位移线与电力线的区别 + + + + + - - - - - ? ? ? ? + + + + - - - - ? ? ? ? + - 电力线 电位移线 + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - 例1 一平行平板电容器充满两层厚度各为d1 和d2 的电介质，它们的相对电容率分别为?r1和?r2 , 极板面积为S. 求:电容器的电容； - - - - - - + + + + + + + + + + + + - - - - - - 解: + + + + + - - - - - + + + + + + + + + - - - - - - - - - + + + + + - - - - - 例2 常用的圆柱形电容器，是由半径为R1的长直圆柱导体和同轴的半径为R2的薄导体圆筒组成，并在直导体与导体圆筒之间充以相对电容率为?r的电介质.设直导体和圆筒单位长度上的电荷分别为+? 和-? .　求（1）电介质中的电场强度、电位移和极化强度；（2）此圆柱形电容器的电容． 解（1） 真空圆柱形电容器电容 （2）由（１）可知 单位长度电容 §5.10 静电场的能量 一 带电系统的能量 在电荷相对移动时，外力必须克服电荷间的 相互作用力而作功。由能量守恒及转化定律可知，外力作功转化为带电系统所具有的电能。此电能分布在电场的空间内，也就是电场的能量。 一带电量为Q的带电体，其带电状态是这样建立的：不断的把微小电量 dq，从无穷远处移到此带电体上，一直到它带有电量Q为止。当移第一个微小电量时，物体原来不带电，所以此时 dq不受电场力的作用，当移第二个 dq时，外力将克服电场力做功： 外力克服电场力所做的总功为： 静电力是保守力，所以外力所做的功等于带电体所具有的静电能。 两极板A和B分别带有+Q和-Q，电势差为UAB