[理学]ZJH_Chap9_7th_E的能量_电介质_36p.ppt

* E的能量，电介质 第10章 静电场 10. 1 电荷 库仑定律 10. 2 静电场 电场强度E 10. 3 电通量 高斯定理 10. 4 静电场的环路定理 电势能 10. 5 电势 电势差 10. 6 等势面 *电势与电场强度的微分关系 10. 7 静电场中的导体 10. 8 电场能量 10. 9 静电场中的电介质 10. 8 电场能量 energy of electric field 已知均匀带电的球体，半径为R，带电量为Q 求从球心到无穷远处的电场能量. R Q 解 r 例 球内能量 球外能量 第9章 静电场 9. 1 电荷 库仑定律 9. 2 静电场 电场强度E 9. 3 电通量 高斯定理 9. 4 静电场的环路定理 电势能 9. 5 电势 电势差 9. 6 等势面 *电势与电场强度的微分关系 9. 7 静电场中的导体 9. 8 电场能量 9. 9 静电场中的电介质 10. 9 静电场中的电介质 导体：自由电子数较多。 半导体：自由电子数较少。 绝缘介质、电介质：一切绝缘体统称为电介质，自由电子数为0。 介质的分类 提高电容器电容的一种方法——填充电介质. 电介质的电容率（又称为介电常数） ε 有些介质（如各向同性均匀电介质），其介电系数是常数； 而有些介质其介电系数是与电场强度、空间方向等因素有关的变量，一般是一个张量。 εr 称为某种介质的相对介电常数 ,又称为相对电容率 真空的介电常数（真空的电容率 ） 真空εr = 1 导体 εr → ∞ 介质是物质的一种统称，物质由原子或原子团、分子或分子团组成，而原子或分子内部有带正电的原子核电的原子核和带负电的电子。 电介质均由分子和原子组成，每个分子中所有正电荷对外界作用的电效果可以等效为集中在某一点的等效点电荷的作用效果，这个等效点电荷的位置称为分子的正电中心； 同理，每个分子中所有负电荷对外界作用的电效果可以等效为集中在某一点的等效点电荷的作用效果，这个等效点电荷的位置称为分子的负电中心. 有极分子电介质：电介质中各分子的等效正电中心与等效负电中心不重合的电介质；正点中心和负电中心分别可用等量异号电荷代替，二者有一相对位移，这样每个分子对外界的电性效果可以等效为一个电偶极子的作用 H2O CO SO2 水分子 + H + H O + 负电荷中心 正电荷中心 无极分子电介质：电介质中各分子的等效正点中心与等效负电中心重合的电介质 CO2 H2 N2 O2 He、CH4 C H + H + H + H + 正负电荷 中心重合 甲烷分子 电介质的极化 无外场 加入外电场 无极性分子 有极性分子 电介质在外电场E作用下发生极化，形成有向排列的电偶极矩； 电介质内部和表面产生极化电荷； 令 ?1 计算介质中电场强度的 一个简单办法是： （1）先假设介质不存在，计算出自由电荷产生的电 场强度 E0 ; （2）再利用公式： 电介质中： 无电介质处： 令 ?1 例 求两种介质内的电场强度，两导体板间的电势差及电容。 解： 先假设介质不存在。则有场强分布： 两导体板间 两导体板外 介质1内： 介质2内： 两导体板间的电势差为： 电容器的电容为： 电介质中 这相当于两个电容器的串联 S d2 d1 电介质在电容器中的作用: 电容器的指标有两个：电容量和耐压能力。在电容器中加入电介质，可以 （1）增大电容量，减小体积 电介质可以使电容增大到 ?r倍。用相同尺寸的电容器，其中电介质的 ?r越大，电容量就越大。另一方面，相同电容量的电容器，?r越大，体积就越小. Review: 电介质在电容器中的作用: 电容器的指标有两个：电容量和耐压能力。在电容器中加入电介质，可以 （2）提高耐压能力 （1）增大电容量，减小体积 当外加电场不太强时，它只是引起电介质的极化，不会破坏电介质的绝缘性能。 如果外加电场很强，则电介质的分子中的正负电荷有可能被拉开而变成可以自由移动的电荷。由于大量的这种自由电荷的产生，电介质的绝缘性能就会遭到明显的破坏而变成导体。这种现象叫电介质的击穿。 一种电介质材料所能承受的不被击穿的最大电场强度，叫做这种电介质的介电强度或击穿场强。 1.0005 3.5 4.5 5.7 6.8 3.7 7.5 5.0 7.6 5.0 10 3 16 14 6 20 80 200 10 20 10