大学物理基础中册课件教学课件 ppt 作者 刘炳胜 李海宝 郭铁梁 主编第10章 .pptx

大学物理基础（中） 第10章 电介质 第10章 电介质10.1电介质的极化10.2电极化强度10.3电介质中的静电场10.4电位移矢量 有介质时的高斯定理10.5电场的能量10.6铁电体 压电体 永电体基本要求1.了解电介质的微观电结构，了解极化现象的微观本质；2.理解电极化强度；掌握各向同性介质中Ｄ和Ｅ之间的关系和区别；3.理解有介质存在时的高斯定理，能够利用这一定理分析有介质存在是介质内的电场强度；4.了解静电场的能量特点，会定性说明静电场的能量分布；5.了解压电体、铁电体、永电体有关知识。基本要求重点难点1.重 点有介质存在时的高斯定律2.难 点（1）极化现象的微观本质；（2）电极化强度重点难点10.1 电介质的极化介质的微观电结构1电介质的极化2电介质的击穿场强与击穿电压310.1.1 介质的微观电结构电介质内部的自由电子很少，即电子不能够自由移动，称为束缚电荷。在电场的作用下，电荷有微小的移动，部分表面会出现过剩电荷，这种现象称为介质的极化（电极化），这部分电荷叫极化电荷。图10.1 （a）无极分子 图10.1 （b）有极分子 10.1.2 电介质的极化无外电场时，分子的正负电荷中心重合；有外电场时，正、负电荷将被电场力拉开，偏离原来的位置，形成一个电偶极子。图10.2 位移极化和取向极化的极化示意图10.1.2 电介质的极化对于处于外电场中的电介质来说，每个分子所形成的电偶极子，其排列方向大致与外电场方向相同，以致在电介质与外电场垂直的两个表面上出现正电荷和负电荷。图10.3 位移极化和取向极化产生的极化电荷分布10.1.3 电介质的击穿场强与击穿电压当极板上加上一定电压时，极板间就有一定的电场，电压越大，电场强度也越大。当电场强度增大的某一最大场强Eb时，电介质分子发生电离，从而使电介质分子失去绝缘性，这时电介质被击穿。电介质能够承受的最大场强Eb称为电介质的击穿场强。此时，两极板间的电压称为击穿电压Ub。电介质的击穿电压是选择和制造电工材料必须注意的一个重要参数。10.2 电极化强度电极化强度矢量1电极化强度和极化电荷面密度的关系210.2.1 电极化强度矢量在电介质内取一宏观小体积ΔV，在没有外电场时，电介质未被极化，此小体积元中各分子的电偶极矩的矢量和为零；当有外电场时，电介质被极化，此小体积元中的电偶极矩的矢量和将不为零。单位体积中分子的电偶极矩的矢量和叫作电介质的电极化强度。定义： （10.1）10.2.2电极化强度和极化电荷面密度的关系以平板电容器中的均匀电介质为例来讨论，如图10.4所示。在电介质中取一长为d、面积为 的柱体，柱体两底面的极化电荷面密度分别为 和+，这样柱体内所有分子的电偶极矩的矢量和的大小为 因而电极化强度的大小为 （10.2）10.2.2电极化强度和极化电荷面密度的关系图10.4 电极化强度和极化电荷面密度的关系10.3 电介质中的静电场电介质对电容的影响 相对电容率1电介质对电场的影响2极化电荷和自由电荷的关系3极化强度和电场强度的关系410.3.1 电介质对电容的影响 相对电容率如图10.5（a）所示，充满电介质电容器的电容为 （10.3）如图10.5（b）所示，充满电介质电容器的电容为 （10.4）10.3.1 电介质对电容的影响 相对电容率图10.5 电介质对电容的影响10.3.2 电介质对电场的影响以图10.4所述平板电容器为例，设平板电容器的极板面积为S、极板间距为d ，电荷面密度为 ，放入电介质之前，极板间的电场强度的大小为当极板间充满各向同性的电介质时，由于电介质的极化，在它的两个垂直于 的表面上分别出现正负极化电荷，其电荷面密度为 。极化电荷产生的场强 的大小为 10.3.2 电介质对电场的影响因而电介质中的场强E为自由电荷产生的场强 和极化电荷产生的场强 的矢量和，即 由于 的方向与 的方向相反，所以E的大小为 （10.5）10.3.2 电介质对电场的影响再由匀强电场中，场强与电势的关系 和电容的定义 两式比较可得 （10.6）10.3.3 极化电荷和自由电荷的关系根据式（10.5）和式（10.6）可得 化简后得极化电荷面密度为 （10.7）极化电荷为 （10.8）10.3.4 极化强度和电场强度的关系将式（10.7）与 、 ，以及 等关系式结合可以得到 令 为电介质的电极化率，则 （10. 9）10.4 电位移矢量 有介质时的高斯定理有电介质时的高斯定理1电位移矢量和电场强度的关系2有电介质时的高斯定理的应用310.4.1 有电介质时的高斯定理设极板上的自由电荷的面密度为 ，电介质表面上极化电荷面密度为 ，根据高斯定理得 其中