大物物理教程 第2版 课件 3-8 静电场中的电介质.ppt

上页下页返回退出上页下页返回退出***********授课内容：对电介质按分子结构分成两大类，是为了说明两中极化机制，但是电极化的实际过程比我们要求学员掌握的要复杂得多。在这里，要多次用到上一章学过的电偶极子的知识，应引导学员加强前后知识间的联系。注意电偶极矩、电极子的电场、电偶极子受力矩以及相应的转动情况等。把分子的电结构分成正电荷中心和负电荷中心是一种近似的处理，实际上，由于组成分子的原子以及原子中的电子都处于不停的运动之中，相应的正负电荷中心不是相对静止而是在运动中。但是从大量分子的统计效应上看，这种处理还是合理的。媒体使用情况：学员反映：*授课内容：真空中的静电场只是一种最简单、最理想的情况，实际上电场中常有导体或电介质等实物物质。电场也是一种物质，当它们同处一个空间时，就会产生相互作用、相互影响。研究这种相互作用和相互影响的规律，不仅具有理论上的意义，在科技和生产中也有重要作用。为加深理解，设置有讨论题，点击“讨论”即可进入，讨论完后，又可以返回该页面。媒体使用情况：学员反映：*授课内容：用场线的形式形象地表示两种矢量的联系和区别。电场线起始于正电荷而终于负电荷，不管这电荷是自由电荷还是束缚电荷。但是电位移线却只起始于正的自由电荷（并不起始于正的束缚电荷）而终于负的自由电荷（不终于负的束缚电荷），为什么呢？稍后的高斯定理能有力地说明这一点。媒体使用情况：学员反映：*§3-8静电场中的电介质电介质：电阻率很大,导电能力很差的物质。电介质的特征：原子或分子中的电子与原子核结合力很强，电子处于束缚状态，一般可看作理想绝缘体。电介质的极化：当电介质处于电场中达到静电平衡时，在电介质的表面层或电介质体内会出现电荷，这种现象就叫电介质的极化。*一电介质的电结构有极分子：分子的正电荷中心与负电荷中心不重合。它们相当于一对距离极近的等值异号点电荷，设它们的重心距离为l，等效电偶极矩为负电荷中心正电荷中心++H+HO电介质分为两类:有极分子电介质和无极分子电介质。方向：由负电荷中心指向正电荷中心。无极分子：分子的正电荷中心与负电荷中心重合。等效电偶极矩为零。如氦、氮、甲烷的分子。水、氨、一氧化碳、氯化氢等分子即为有极分子。HClHPClOHHPHHHNP有极分子电介质可看作大量电偶极子的聚集体，电偶极子方向杂乱无章的排列，所有电偶极子矢量和为零，电介质呈电中性。HeHHHCHCH4*二电介质的极化（1）无极分子电介质的位移极化加上外电场后，在电场作用下无极分子电介质分子正负电荷中心不再重合，发生相对移动,出现分子电矩。对均匀电介质，和电场方向垂直的两个面将分别出现正负电荷，这些电荷不能离开电介质，也不能在电介质中自由移动。称为束缚电荷或极化电荷。这种在外电场作用下在电介质中出现极化电荷的现象叫做电介质的极化。无极分子的极化在于正负电荷中心的相对位移，称为位移极化无外电场时加上外电场后极化电荷极化电荷+++++++（2）有极分子的取向极化无外电场时，有极分子电矩取向不同，整个介质不带电。在外电场中有极分子的固有电矩要受到一个力矩作用，电矩方向转向和外电场方向趋于一致,这种极化称有极分子的取向极化。++++++++++++++++++++无外电场时电矩取向不同+++++++两端面出现极化电荷层转向外电场加上外场三、电极化强度矢量单位体积内分子电矩的矢量和称为该点的电极化矢量，用单位：++++----四、电极化强度与极化电荷的关系极化电荷是电介质极化产生的，对于均匀电介质，极化电荷只集中在表面层或两种不同的界面层里。电介质的极化强度必然和极化电荷之间存在联系。设有一厚为、表面积为S的均匀电介质薄片放置在均匀电场E中。薄片总的电偶极矩是电极化强度的大小与薄片体积的乘积，即：因此，电介质薄片表面的极化电荷面密度就等于电极化强度的大小：上一结果假定了薄片表面与垂直，一般情况下，设为薄片表面单位法向矢量，则这相当于薄片表面的极化电荷与薄片两表面分开距离的乘积。即介质极化所产生的极化电荷面密度等于电极化强度沿介质表面外法线的分量。总电场外电场束缚电荷电场电极化强度与总电场的关系电极化率五、介质中的静电场空间任一点总电场由于电介质中，外电场与极化电荷的电场方向相反,所以电介质中的合场强总小于外场强。服从