§3-3 电介质的极化 §3-4 极化电荷1.pptVIP

3. 电极化强度（Electric Polarization） 极化有何规律？ §3-3 电介质的极化 电介质（dielectric） ：电阻率很大,导电性能很差的物质,可看作理想的绝缘体，无自由电荷。 电介质极化特点：内部场强一般不为零。 1. 有极分子和无极分子电介质 有极分子（Polar molecule） ：每个分子的正负电荷“重心”在没有外场时不重合。 负电荷中心 正电荷中心 无极分子（Nonpolar molecule） ：每个分子的正负电荷“重心”在没有外场时彼此重合。 + + H + H O 2.电介质的极化（Polarization） （1）无极分子的位移极化(Displacement polarization) 加上外电场后，在电场作用下介质分子正负电荷中心不再重合，发生了相对位移,出现分子电矩。 极化:在外电场作用下,在电介质内部或表面出现宏观电荷的现象。极化电荷:由于极化而产生的宏观电荷 无外电场时，有极分子的电偶极矩取向不同，整个介质不带电。 （2）有极分子的取向极化(Orientation polarization) 在外电场中有极分子的固有电矩要受到一个力矩的作用，电矩方向趋向于和外电场方向一致。 极化电荷产生的附加场 退极化场 影响 极化的后果 退极化场E’ 由于附加场E’的出现,空间各点的场强重新分布 在电介质外部：有些区域附加场与外电场方向相同，该区域电场加强；有些区域附加场与外电场方向相反，该区域电场被削弱。 一般情况下: 退极化场E’ 在电介质内部：附加场与外电场方向相反，削弱电介质内部的电场。 （1） 电极化强度矢量 单位体积内分子电矩的矢量和: （2） 空间任一点总电场 总电场 自由电荷电场 束缚电荷电场 （3）电极化强度与总电场的关系 极化率 （4）极化率与相对介电常数的关系 三者从不同角度定量地描述同一物理现象——极化 三者之间必有联系，这些关系——电介质极化遵循 的规律 §3.4 极化电荷（ polarization charge) 电场的作用是电介质极化的原因，极化则反过来对电场造成影响，这种影响之所以发生是由于电介质在极化后出现一种附加的电荷（叫做极化电荷，有时称为束缚电荷）激发的附加电场。 电介质的极化程度不仅体现在P上，还体现在极 化电荷多少上，因此，极化强度矢量P和极化电荷之 间必定有内在联系。 3.4-1 极化电荷 如果说一块电介质在宏观上带电，这又指的是什么现象呢？ 如果说一个导体带电，是指导体失去或得到一些自由电子,因而整个导体所有带电粒子的电量的代数和不为0。有时一个导体电量的代数和为0（中性导体），在外场中出现等值异号电荷，我们也可以说它局部带电。 在这之前，我们知道电介质之间的互相摩擦，实现了电子转移，分开后带电，其次电介质与带电导体接触带电。但是，若一块电介质电量代数和为0也可实现宏观带电。 分别表示自由电荷及其密度。 只要介质在外电场作用下发生极化，那么在介质内部取一物理无限小体积ΔV，其中所包含的带电粒子的电量代数和就可能不为0，这种由于极化而出现的宏观电荷叫做极化电荷；把不是由极化引起的宏观电荷叫做自由电荷。 分别表示极化电荷及其密度, 以 无论是极化电荷还是自由电荷，都按第一章所讲的规律激发静电场。 而以 为了便于说明问题，我们以位移极化为模型，设想介质极化时，每个分子的正电中心相对负电中心有个位移 。用 代表分子中正、负电荷的数量，则分子电矩: 设单位体积有 个分子，按定义，极化强度矢量 3.4-2 极化电荷体密度与极化强度的关系 如图所示:在极化了的电介质内取一个面元矢量ds=nds，计算因极化而穿过面元的极化电荷：穿过ds的电荷所占据的体积是以ds为底、长度为l的一个斜柱体。 这也就是由于极化 而穿过ds的束缚电荷！ 此柱体的体积为 因为单位体积 内正极化电荷数量为nq，故在此体积内极化电荷总 量为： 现在我们取一任意闭合面s，则P通过整个闭合面s的通量应等于因极化而穿过此面的束缚电荷总量。根据电荷守恒定律，这等于s面内净余的极化电荷的负值，即 这公式表达了极化强度P与极化电荷分布的一个普遍关系。 令ΔV缩为物理无限小,并以ΔV除上式两边,得极化电荷体密度 ①当 不是恒量时， ②当 = 恒矢量，均匀