电介质极化课件.pptVIP

電磁介質2005.4本章有機會處理

場物質物質與場是物質存在的兩種形式物質性質：非常複雜（只能初步地討論）要特別注意課程中討論這種問題所加的限制相互作用場物質有回應？有作用？物質固有的電磁結構自由電荷：宏觀移動束縛電荷：極化磁介質磁化2005.4物質具有電結構當物質處於靜電場中場對物質的作用：對物質中的帶電粒子作用物質對場的回應：物質中的帶電粒子對電場力的作用的回應導體、半導體和絕緣體有著不同的固有電結構不同的物質會對電場作出不同的回應，產生不同的後果，——在靜電場中具有各自的特性。導體中存在著大量的自由電子——靜電平衡絕緣體中的自由電子非常稀少——極化半導體中的參與導電的粒子數目介於兩者之間。2005.4電介質極化的微觀機制無極分子：正負電荷中心完全重合(H2、N2)微觀：電偶極矩p分子＝0，(l=0)宏觀：中性不帶電↘↗↙→←↓→↗↘↙↙↓↙↗↘±±±±±±±±±±±±±±±有極分子：正負電荷中心不重合(H2O、Hcl)微觀：電偶極矩p分子?0，(l?0)宏觀：中性不帶電2005.4無極分子有極分子極化性質位移極化取向極化後果：出現極化電荷（不能自由移動）→束縛電荷±±±±±±±±±±±±±±±↘↗↙→←↓→↗↘↙↙↓↙↗↘2005.4極化的描繪：P、q’、E’極化強度向量P：描述介質在外電場作用下被極化的強弱程度的物理量定義：單位體積內電偶極矩的向量和介質的體積，宏觀小微觀大（包含大量分子）介質中一點的P(宏觀量)微觀量2005.4極化電荷極化後果：從原來處處電中性變成出現了宏觀的極化電荷可能出現在介質表面（均勻介質）面分佈可能出現在整個介質中（非均勻介質）體分佈極化電荷會產生電場——附加場（退極化場）極化電荷產生的場外場極化過程中：極化電荷與外場相互影響、相互制約，過程複雜——達到平衡（不討論過程）平衡時總場決定了介質的極化程度2005.4退極化場E’附加場E’：在電介質內部：附加場與外電場方向相反，削弱在電介質外部：附加場與外電場方向相同，加強2005.4極化的後果三者從不同角度定量地描繪同一物理現象——極化，之間必有聯繫，這些關係——電介質極化遵循的規律2005.4P與q’的關係以位移極化為模型討論設介質極化時每一個分子中的正電荷中心相對於負電荷中心有一位移l,用q代表正、負電荷的電量,則一個分子的電偶極矩設單位體積內有n個分子——有n個電偶極子在介質內部任取一面元向量dS,必有電荷因為極化而移動從而穿過dS,該柱體內極化電荷的總量為：P在dS上的通量2005.4對於介質中任意閉合面P的通量=？取一任意閉合曲面S以曲面的外法線方向n為正極化強度向量P經整個閉合面S的通量等於因極化穿出該閉合面的極化電荷總量?q’根據電荷守恆定律，穿出S的極化電荷等於S面內淨餘的等量異號極化電荷－?q’均勻介質：介質性質不隨空間變化進去=出來——閉合面內不出現淨電荷?‘＝0非均勻介質：進去?出來，閉合面內淨電荷?‘?0均勻極化：P是常數普遍規律可以證明注意區分2005.4微分形式介質中任意一點的極化強度向量的散度等於該點的極化電荷密度均勻極化的電介質內部2005.4均勻介質中P與?e‘的關係在均勻介質表面取一面元如圖則因極化而穿過面元dS的極化電荷數量為極化強度向量在介質表面的法向分量電荷層的體積2005.4極化強度向量P與總場強E的關係

——極化規律猜測E與P可能成正比（但有條件）——兩者成線性關係（有的書上說是實驗規律，實際上沒有做多少實驗，可以說是定義）極化電荷產生的附加場退極化場影響電極化率：由物質的屬性決定2005.4電極化率P與E是否成比例凡滿足以上關係的介質——線性介質不滿足以上關係的介質——非線性介質介質性質是否隨空間座標變（空間均勻性）?e—常數：均勻介質；?e—座標的函數：非均勻介質介質性質是否隨空間方位變（方向均勻性）?e—標量：各向同性介質；?e—張量：各向異性介質以上概念是