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转向极化 有极分子电介质的转向极化 转向极化 外场 对有极分子的电矩产生 力矩 ,使有极分子转向。 电矩 转向力矩 有极分子等效于 电矩 一个电偶极子 使得无极分子介质 宏观上不呈电性 介质中各有极分子受转动力矩 作用,其电矩 端面出现正、负束缚电荷,称为电介质的转向极化。 无外电场时, 分子热运动 趋向 方向, 导致介质与外场垂直的两 转向极化 位移极化 第30页,共73页,编辑于2022年,星期四 附加场强 无限均匀电介质 三、极化后电介质内的场强 电介质极化的两端面上出现 束缚电荷 无论位移极化或转向极化,其宏观效果同样导致 真 空 真 空 束缚电荷产生的 附加场强 (与 反向) 介质内的合场强 比真空时弱,但 不为零。与导体静电平衡截然不同。 第31页,共73页,编辑于2022年,星期四 相对电容率 为保持 不变 真 空 将它充满某种电介质后 实验 电容器两极板间 所加的电压 分别为 比值 与电介质性质有关, 称为 相对电容率 相对介电常数 由电容器电容 的普遍定义得 (充满 均匀介质) (真空) 时的 倍。 具有普遍性。 结论: 四、电介质对电容器电容的影响 第32页,共73页,编辑于2022年,星期四 束缚电荷密度 已知 充满均匀 导体极板上的 自由电荷面密度 不变 电介质 电介质的束缚面电荷密度 解法提要 其中 自由电荷的场强大小 束缚电荷的场强大小 反向 合场强大小 两极板电势差 真空时 充满 后, 由于均匀介质出现束缚电荷的两个端面, 分别与导体电极的等势面一致,则 第33页,共73页,编辑于2022年,星期四 例题 场强、电势分布 解法提要: 场强分布 已知 电势分布 以无穷远为电势零点 第34页,共73页,编辑于2022年,星期四 电介质的击穿 五、电介质的击穿 若电介质所处的电场非常强,介质中的电子有可能脱离 原子核的束缚,并碰击分子,使其电离,引起自由电子倍增效应, 介质失去极化特性,变成导电体,称为电介质的击穿。 电介质的击穿 电介质击穿的场强,称为击穿场强。 击穿场强 电介质 相对电容率 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 15 空气(标准状态) 变压器油 陶瓷 云母 电木 玻璃 第35页,共73页,编辑于2022年,星期四 介质高斯定理 7 - 4 Gauss theorem in dielectric 电介质中的静电场高斯定理 高斯定理 运用真空中 结合本题 内电荷代数和 由前例知 带入后得: 表示 面所包围的 自由电荷电量的带数和 一、电位移矢量 自由电荷面密度 充满均匀 束缚面电荷密度 高斯面 导体内 介质内 合场 电介质中的静电场高斯定理 第36页,共73页,编辑于2022年,星期四 电位移矢量D 介质高斯定理 电介质中的高斯定理 高斯定理 运用真空中 结合本题 内电荷代数和 由前例知 带入后得: 表示 面所包围的 自由电荷电量的带数和 一、电位移矢量 自由电荷面密度 充满均匀 束缚面电荷密度 高斯面 导体内 介质内 合场 称为 电位移矢量 简称 电位移 其中 称为 介质的电容率 电介质中的高斯定理 写成 穿过任一高斯面 的电位移通量 面内自由电荷 的代数和 是一个辅助量,可避开计算束缚电荷。 的单位为 库仑 米 第37页,共73页,编辑于2022年,星期四 介质高斯例一 空隙中 介质中 两极板间 已知 真空时充电电压 插入介质板 后 切断电源 极板面积 高斯面 高斯面 解法提要 极板带自由电荷电量 自由电荷面密度 空隙中 空隙 介质中 介质 第38页,共73页,编辑于2022年,星期四 介质高斯例二 应用介质中的高斯定理 高斯面 高斯面 解法提要 高斯面 高斯面 高斯面 高斯面 高斯面 高斯面 点的 第39页,共73页,编辑于2022年,星期四 介质环路定理 电介质中的静电场环路定理 无论自由电荷还是束缚电荷所产生的静电场都是保守场, 若电介质中分布的场强 是自由电荷和束缚电荷的合场强 在电介质中沿任一闭合回路,电场强度的环流为零。 第40页,共73页,编辑于2022年,星期四 电场能量 7-5 电场的能量 energy of electric field 电容器充电过程 某时刻 极板带电 两板电势差 此时要充入 外力(电源)需作功 充电过程结束 极板带电 两板电势差 充电全过程 外力所作的功 电容器的电容愈大、充电电压愈高, 电容
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