3-11-静电场中地电介质-有电介质时地高斯定理.pptVIP

* 3.2 电介质的极化 第十一章 静电场中的导体和电介质 一、电介质的分子 二、电介质的极化 3.1 电介质对电场的影响 作业：11-20、21、24 §3 静电场中的电介质 3.3 电极化强度和极化电荷的关系 §4 有电介质时的高斯定理 退极化场 3.4 电介质的极化规律 * 铁电体、永电体和压电体 电位移矢量 * 导体中有许多可以自由移动的电子或离子。然而也有一类物质,其电子被束缚在自身所属的原子核周围(离子化合物)或夹在原子核中间(共价化合物)，这些电子可以相互交换位置，多少活动一些，但是不能到处移动，就是所谓的非导体或绝缘体。 绝缘体不能导电，但电场可以在其中存在，并且在电学中起着重要的作用。 从电场的角度看，特别地把绝缘体叫做电介质。 它们在电场中的行为：有位移极化和取向极化。 从电学性质看各向同性电介质的分子可分为两类： 无极分子、有极分子 §11.3 静电场中的电介质 电介质可分为各向同性和各向异性两种。 * 3.1 电介质对电场的影响 电介质 在外电场中电介质要受到电场 的影响，同时也影响外电场。 +Q –Q 在以平行板电容器有电介质 与无电介质时，极板上电压 的变化为例说明 +Q –Q 本章只限于讨论各向 同性的均匀的电介质。 静电计测电压 是由大量电中性的分子 组成的绝缘体。紧束缚 的正负电荷在外场中要 发生变化。 * 插入电介质前后两极板间的电压分别用U0、U表示，它们的关系： 是一个大于 1 的常数，其大小随电介质的种类 和状态的不同而不同，是电介质的特征常数,称 为电介质的相对介电常数(相对电容率) 空气的相对介电常数1.00059 ( 0?C，1 atm） ?35 上述实验表明：插入电介质后 两极板间电压减小，说明其间 电场减弱了。电容增大了。 电场减弱的原因可用电介质与外电场的相互影响，即从微观结构上来解释。---极化现象 ①无极分子（Nonpolar molecule） 在无外场作用下整个分子无电矩。例如CO2 , H2 , N2 , O2 , He ②有极分子（Polar molecule） 在无外场作用下存在固有电矩 例如，H2O, HCl ,CO, SO2 因无序排列对外不呈现电性。 一、电介质的分子 3.2 电介质的极化 正电中心 二、电介质的极化：Polarization l 位 移 极 化 取 向 极 化 无极分子只有位移极化，感应电矩的方向沿外场方向。 有极分子以取向极化为主；而在高频下只有位移极化。 * 极化电荷 Polarization charge or bound charge 在外电场中，均匀介质内部各处仍呈电中性，但在介质表面要出现电荷，这种电荷不能离开电介质到其它带电体，也不能在电介质内部自由移动。我们称它为束缚电荷或极化电荷。它不象导体中的自由电荷能用传导方法将其引走。 在外电场中，出现束缚电荷的现象叫做电介质的极化。 无外场下，所具有的电偶极矩称为固有电偶极矩。 在外电场中产生感应电偶极矩。 * 3.3 电极化强度 （Polarization）和极化电荷的关系 在宏观上测量到的是大量分子电偶极矩的统计平均值。为了描述电介质在外场中的行为引入一个物理量： 其中 是第i个分子的电偶极矩 单位是[库仑/米2]、[C/m2]. 一、电极化强度矢量 以下将电极化强度矢量简称为极化强度 束缚电荷就是指极化电荷。 * 二、极化（束缚）电荷与极化强度的关系 可证明对于均匀电介质，极化电荷集中在它的表面。电介质产生的一切宏观效果都是通过未抵消的极化电荷来体现。 在介质中引入极化强度力线 来描述它在外场中的极化。 沿着此曲线取一长度为dl，与垂 直于此曲线的横截面dS组成一个 小圆柱体，在其内部极化可视 为是均匀的。因而该体元具有 电偶极矩 ，根据定义它可视为两端 具有 电荷的偶极矩 * 如果在电介质内任选一面 的法线 与 成 角 则 表明：任选一面 上束缚电荷面密度 等于极化强度矢量在该面法线方向上的分量 从另一方面看 * ?在非均匀电介质中，有束缚 电荷的积累。根据电荷守恒得： ?在均匀电介质内部，束缚电荷彼此 抵消，束缚电荷仅出现在介质表面。 通常定义 为介质外法线方向。 极化强度力线 * 在任一曲面内极化电荷的负值等于极化强度的通量。 ●退极化场 电介质在外场中的性质相当于在真 空中有适当的束缚电荷体密度分布 在其内部。因此可用 和 的分布 来代替电介质产生的电场。 在外电场 中，介质极化产生的束缚 电荷，在其周围无论介质内部还是外 部都产生附加电场 称为退极化场。 任一点的总场强为： +Q –Q 退极化场 * 3.4 电介质的极化规律