大学物理静电学五.ppt

* §1 电介质及其极化 一.电介质 电介质 除导体外， 凡处在电场中能与电场发生作用的物质 皆可称为电介质， 而某些高电阻率的电介质又称为绝缘体 电介质的主要特征 构成电介质的原子或分子中的电子和原子核 之间的结合力很强，使电子处于一种束缚状态 绝大多数电子只能在原子范围内活动 第五章 电介质及其极化 有极分子和无极分子 每个分子从带电荷的角度来说总可以分成两部分： 一部分带正电荷；一部分带负电荷。 如 HCl 分子，由带正电荷 H＋带负电的 Cl－ 组成 一般地把构成电介质的最小单元统称为分子， 根据分子电结构特点电介质分子分为 如果分子正电荷中心和负电荷中心重合， 分子对外显电中性，这样的分子叫无极分子 如果分子正电荷中心和负电荷中心不重合， 分子对外显电性，这样的分子叫有极分子 +- + - 由于正电荷或负电荷中心靠的很近， 这样的电荷系统称作电偶极子， 设有极分子正电荷中心和负电荷中心之间的距离为l， 分子中全部正电荷或负电荷的电量为q， 则等效的电偶极子的电偶极矩为 无外电场时： 有极分子 无极分子 无论是无极分子电介质， 还是有极分子电介质对外都不显电性 无极分子电介质不必说 有极分子电介质由大量有极分子组成， 这些分子做无规则热运动 使得有极分子的电偶极矩的取向是杂乱无章的， 这样宏观上物质仍不显电性 当电介质处于外电场时，会发生什么呢？ 二.电介质的极化 下面根据组成电介质的分子的分类来讨论电介质极化， 首先看无极分子电介质极化——位移极化 宏观上，在外电场作用下， 电介质的表面感应出“束缚电荷”的现象。 ——电介质极化 位移极化 +- +- +- +- +- +- +- +- +- +- +- +- +- +- +- 无外场时 有外电场时 - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + （匀强电场为例） 当无极分子电介质处在外电场时，在电场力作用下， 分子的正、负电荷中心将发生相对位移， 正电荷中心沿电场方向移动， 负电荷中心沿电场反方向移动， 形成一个电偶极子，每个分子对应一个电偶极子。 有外电场时 （匀强电场为例） - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + 所以，沿电场方向， 相邻两电偶极子的正、负电荷靠的很近， 对于均匀各向同性电介质， 结果使电介质内部仍然是电中性的。 每个分子对应一个电偶极子 并且电偶极矩的方向都沿着电场的方向。 但在电介质垂直电场方向的两侧面上， 将分别出现正电荷和负电荷， 有外电场时 （匀强电场为例） 电介质垂直电场方向的两侧面上， 将分别出现正电荷和负电荷， - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + 这些电荷既不能离开电介质又不能自由移动， 称作“束缚电荷”，或“极化电荷” ——称作电介质极化 由于无极分子电介质的极化起源于 分子正负电荷中心发生相对位移 ——称作位移极化 有外电场时 （匀强电场为例） - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + 实验发现：外电场越强， 每个分子的正负电荷中心之间相对位移越大， 电介质表面上出现的极化电荷就越多。 分子的电偶极矩越强。 电介质等效为一大的电偶极子 对于均匀各向同性电介质， 内部是电中性，侧面上分布正、负极化电荷 － ＋ ＋ ＋ － － 取向极化 对于有极分子电介质来说， 每个分子等效为一个电偶极子， - + 在力矩作用下 分子要发生转动， 电偶极子的电偶极矩方向 转向外电场的方向 - + 宏观产生什么结果呢？ 它在外电场的作用下，将受到力矩作用，如图 无外场时 有外电场时 （匀强电场为例） - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + 在外电场作用下， 每一个电偶极矩都向外电场的方向转动， 这样在电介质内，大量的电偶极矩排列的方向 将趋向于与电场方向一致的方向排列， 无外场时 有外电场时 （匀强电场为例） - + - + - + - + - + - + - + - + -