[教育]大物课件ppt 第八章 静电场中的导体和电介质2.ppt

Xi’an Jiaotong University Aiping Fang apfang@mail.xjtu.edu.cn 5 / 7 / 2012 已知导体球壳 A 带电量为Q ，导体球 B 带电量为q (1) 将A 接地后再断开，电荷和电势的分布； 解： A与地断开后, A r R1 R2 B -q 电荷守恒 (2) 再将 B 接地，电荷和电势的分布。 A 接地时，内表面电荷为 -q 外表面电荷设为 设B上的电量为 根据孤立导体电荷守恒 例5： 求： (1) (2) University physics AP Fang B 球圆心处的电势 总结： (有导体存在时静电场的计算方法) 1. 静电平衡的条件和性质: 2. 电荷守恒定律 3. 确定电荷分布，然后求解 A r R1 R2 B -q University physics AP Fang University physics AP Fang 一、静电场中的电介质 电介质：绝缘体 (电阻率超过108 W·m) 实验结论 (置于电场中的)电介质 电场 +Q -Q + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 电介质的相对介电常数 103 ─ 104 钛酸钡 6 云母 2.4 变压器油 4.2 石英玻璃 81 蒸馏水 26 乙醇 3.3 εr 1.000 59 εr 聚丙烯 名 称 干燥空气 名 称 8-2 静电场中的电介质 静电计 ?r ——电介质的相对介电常数 介质中电场减弱 University physics AP Fang 二、电介质极化 电介质分子电结构 无极分子 有极分子 ? + - 无外场时(热运动) 整体对外 不显电性 University physics AP Fang - - - - - - - + + + + + + + 有外场时 (电子) 位移极化 (分子) 取向极化 束缚电荷?′ 束缚电荷?′ ?/ ? 无极分子电介质 ? 有极分子电介质 外电场越强，束缚电荷越多，极化越强 三、介质中的电场 极化电荷面密度 电介质极化的宏观表现 在垂直于外电场的端面上出现极化电荷，其面密度的大小反映介质极化的程度 （1）电极化强度 电偶极子排列的有序程度反映了介质被极化的程度, 排列愈有序，说明极化愈强烈。 宏观上无限小微观上无限大的体积元 每个分子的电偶极矩 定义 University physics AP Fang 量纲 University physics AP Fang （2）电极化强度与介质中电场强度的关系 （3）电极化强度与极化电荷的关系 实验表明：对于大多数常见的各向同性的电介质，有 电介质中任意一点的极化程度都应该由该点的总场强来 决定的。 极化电荷面密度 University physics AP Fang ?r + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - 设两个金属平板， 均匀各向同性电介质中的电场强度为 实验表明: 而 适用 各向同性的均匀电介质充满整个 条件 空间，或电介质的表面为等势面 University physics AP Fang 8-3 电位移矢量D 有电介质时的高斯定理 电介质在电场中 产生束缚电荷 影响原电场分布 以两个金属平板为例 无电介质时： ?r + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - 加入向同性的均匀电介质时： 定义：电位移矢量 ε— 电介质的介电常数 University physics AP Fang Gauss’s Law in Dielectrics 通过任意封闭曲面的电位移通量 = 该封闭面包围自由电荷的代数和。 不仅与高斯面内包围的自由电荷有关，而且与极化电荷有关 只与包围在高斯面内的自由电荷有关 (1) (2) 电位移线 由于闭合面的电位移通量等于被包围的自由电荷，所以D线发自正自由电荷 止于负自由电荷。 + + + + + + + + + - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + - - - -