2 静电场(电介质).ppt

例2. 真空中一均匀带电介质球，求此带电体系的能量 解：球内电场 球外电场 R * 第14章 静电场中的导体和电介质 §14.2 电介质及其极化 §14. 3 电位移 电介质中的高斯定理 §14.4 电容器及电容 §5. 5 电场的能量 复习: 静电场中的导体 即 表面 导体表面 1、导体在静电平衡时 表面电荷亦静止不动 导体是等势体，表面是等势面 2. 静电平衡导体上电荷的分布 导体内部处处无净电荷, 净电荷只能分布在导体表面 导体面电荷密度与 表面附近场强的关系 表面 孤立带电导体表面电荷分布 孤立导体 尖端放电 孤立带电 导体球 3 有导体存在时静电场的分析和计算 原则: 1.静电平衡条件 2.基本性质方程 3.电荷守恒定理 内 或 一. 电介质对电场的影响 U +Q -Q U +Q -Q 相对介电常数 （无量纲）P127页 场强之间的关系可表示为： 与静电场中的导体比较 介质中 真空中 介质中某种电荷分布产生 与 反向 §14.2 电介质及其极化 二. 电介质的极化polarization (一) 电介质的微观图象 有极分子polar molecules 无极分子nonpolar molecules 有极分子 无极分子 - + - + (二) 电介质分子对电场的影响 1.无电场时 热运动---紊乱 电中性 2. 有电场时 位移极化 displacement polarization 边缘出现电荷分布 称极化电荷polarization charges 或称束缚电荷bound charges 取向极化 orientation polarization 共同效果 有极分子 无极分子 + + + + + + - - - - - - 附加电场 2. 有电场时 电偶极子排列的有序程度 反映了介质极化的程度， 排列愈有序说明极化愈剧烈 3.描述极化强弱的物理量 宏观上无限小微观上无限大的体积元 定义 单位 每个分子的电偶极矩 极化强度矢量 polarization vector 非极化分子电介质，每个分子的附加磁矩相同，若单位体积分子数为n，则极化强度矢量 (三) 电介质的极化规律 1. 各向同性线性电介质 isotropy linearity 2. 各向异性线性电介质 anisotropy 介质的电极化率 张量描述 无量纲的纯数，与 无关 与 、与晶轴的方位有关 极化强度与电场强度的实验关系 介质的相对介电常数 3.铁电体 ferroelectrics 与 间非线性，没有单值关系。 主要宏观性质 1)电滞现象 2)介电常数很大 类似于铁磁体 饱和 饱和 电介质的击穿 在外电场作用下，介质分子取向极化：分子电矩整齐 排列；或位移极化，分子正负电荷重心被拉开。仍保持绝 缘状态。 当外电场强到足以将分子电矩的正负电荷分离形成 自由电荷，介质的绝缘性被破坏而成为导体。 (四) 极化强度 与极化电荷的关系 以各向同性、非极化分子电介质为例。 1、在介质内任意取面元dS， - + - + - + - + 在dS后取一斜高 的薄层， 位置在该体积元内的分子数 设每个分子的正电荷量为q，穿过dS的极化电荷 位移极化，假定负电荷位置不动， 正电荷向电场方向发生位移 对极化分子电介质同样适用 S 2、任意取一闭合面S 留在S内的极化电荷 由于极化穿出S的极化电荷 由电荷守恒 - + - + - + - + - + - + S - + - + - + 介质外法线方向 3.电介质表面极化电荷面密度 极化电荷面密度 - + - + 有介质存在时，电场由自由电荷 与极化电荷共同决定 S 由 的高斯定律 令 称电位移矢量 则 的高斯定律 §14.3 电位移 电介质中的高斯定理 由自由电荷分布决定， 与极化电荷分布无关 三者的关系： 介电常数 - - + + 的单位 均匀电场中有介质存在时电力线与 电位移线的分布 有介质存在时静电场的求解： 根据自由电荷分布求 根据 求 ? 根据 求 ? 根据 求极化电荷分布 电场分布具有对称性 例1. 一带电金属球，半径R，带电量q，浸在一个大 油箱里，油的相对介电常数为 ，求球外电场分布及贴近金属球表面的油面上的极化电荷总量。 R 解：? 根据自由电荷分布求 电场对称分布，取半径 r 的同心球面 r ? 根据 求 ? 根据 求 R r ? 根据 求极化电荷