有电介质存在时高斯定理和环路定理.ppt

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* 北京大学物理学院王稼军编 绝缘液体的流动也会造成大量接触起电静电荷 油轮的船体与油之间也有接触起电的可能 美国从1960年到1975年由于静电引起的火灾爆炸事故达116起 1969年底在不到一个月的时间内荷兰、挪威、英国三艘20万吨超级油轮洗舱时产生的静电引起相继发生爆炸 我国近年来在石化企业曾发生30多起较大的静电事故 上海某石化公司的2000米3 甲苯罐, 山东某石化公司的胶渣罐 抚顺某石化公司的航煤罐等都因静电造成了严重火灾爆炸事故。 应用 电子照相、静电储存、静电分选、静电喷涂 北京大学物理学院王稼军编 北京大学物理学院王稼军编 北京大学物理学院王稼军编 北京大学物理学院王稼军编 北京大学物理学院王稼军编 北京大学物理学院王稼军编 北京大学物理学院王稼军编 北京大学物理学院王稼军编 北京大学物理学院王稼军编 北京大学物理学院王稼军编 北京大学物理学院王稼军编 北京大学物理学院王稼军编 * 北京大学物理学院王稼军编 有介质存在时的Gauss定理和环路定理 描述极化的几个物理量是互相影响、互相制约,一个知道则都知道,而一个不知道均不知道 有介质时,场和真空中的场有何异、同? 库仑定律+叠加原理 仍成立 静电场性质(有源、无旋)?——不变 为什么?因为极化电荷也是静电荷(只是不能动) * 北京大学物理学院王稼军编 考虑关系 把静电场Gauss定理变换一下 电位移矢量 S面内包围的自由电荷 电位移矢量通量 * 北京大学物理学院王稼军编 电位移矢量 D的Gauss定理:有电介质存在时,通过电介质中任意闭合曲面的电位移通量,等于闭合曲面所包围的自由电荷的代数和,与极化电荷无关 公式中不显含P、q’、E’,可以掩盖矛盾,但没有解决原有的困难 若q0已知,只要场分布有一定对称性,可以求出 D,但由于不知道P,仍然无法求出E 辅助矢量 * 北京大学物理学院王稼军编 需要补充D和E的关系式,并且需要已知描述介质极化性质的极化率?e 对于各向同性线性介质,有 真空中 有介质的问题总体上说,比较复杂 但就各向同性线性介质来说,比较简单。 相对介电常数(与真空相对) 介电常数 * 北京大学物理学院王稼军编 有介质时D的通量与闭合面内自由电荷的关系 理论地位:描述场的性质,有源无旋场 可以用来计算某些场分布(由对称性决定) 利用D- Gauss定理按以下路径求 利用电容定义和串并联公式按以下路径求 * 北京大学物理学院王稼军编 例题一: 求相对介电常数为?的无限大均匀电介质中点电荷 q的场分布,用D-Gauss定理,是球对称场,作球形Gauss面 介质内场强削弱了 倍 电容增加了 倍 * 北京大学物理学院王稼军编 特殊情况下,特别是在各向同性线性介质中 D 与E之间关系简单 从理论上可以证明 当均匀介质充满整个电场空间,或均匀介质是等势面时有介质部分内,下述关系式成立 等势面 这种情况下可以把有介质部分与真空部分看成两个电容的串、并联 * 北京大学物理学院王稼军编 各向同性线性介质D 正比于 E 普遍情况下,两者关系不简单,不一定成正比关系 小结: 真空 有介质 静电荷 (自由、极化) 自由电荷 * 北京大学物理学院王稼军编 均匀介质内部极化体电荷密度??‘=0 利用 D-Gauss定理证明: 在介质内部取任意高斯面S,则有 无自由电荷 命题得证 * 北京大学物理学院王稼军编 电介质的击穿 p285/p290 4-23、24 一般情况下 电介质中的载流子(离子、电子或空穴、电咏)在外电场作用下也会运动,一般情况下,这些运动电荷数量有限,作用是微弱的,可以忽略,此时电介质是绝缘体 外电场增加到相当强时 在电介质内会形成电流,介质也会有一定的电导 当电场继续增加到某一临界值时,电导率突然剧增,电介质丧失其固有的绝缘性能变成导体,作为电介质的效能被破坏——击穿 击穿场强Em:电介质发生击穿时的临界场强 击穿电压Vm: 电介质发生击穿时的临界电压 * 北京大学物理学院王稼军编 例题 球形电容器内外半径分别为R1与R2其间充以相对介电常数为?1和?2的均匀介质,两介质界面半径为R。求:1)容器的电容;2)若内外两层电介质的击穿场强分别为E1和E2,且E1 E2,为合理使用材料,最好使两种介质内的电场强度同时达到其击穿值,求此时R的大小。 求电容:求D——E——U——C * 北京大学物理学院王稼军编 求 R:要求两种介质内的电场强度同时达到其击穿值,且E1 E2;由于r越小E越大,所以内层最先达到击穿值,只要取r=R1处的场强为该层介质的击穿场强E1,则可以确定加在电容器两极的最大电量Q0 * 北京大学物理学院王稼军编

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