第三章静电场中的电介质(2014年)概述.ppt

第 三 章 静电场中的电介质 一、概述 二、电介质内部结构与偶极子 三、电介质的极化 四、极化强度 五、极化电荷 六、有电介质时的高斯定律 七、电容器的能量 一、概述 电介质也即绝缘体 特点是分子中正负电荷束缚得很紧，内部几乎没有自由电荷，不导电，但在电场中会受到电场的影响，反过来也会影响原有电场的分布。 一、概述 1. 实验事实 金属平板两极板间的电压为U0，此时维持极板上的电荷Q不变，使两极板间充满均匀的各向同性的电介质，由实验可测得两极板间电压。 一、概述 2. 相对介电常数（相对电容率） ?r 是一个没有单位的、大于1的纯数，称为电介质的相对介电常数或相对电容率，是表征电介质电学性质的。 一、概述 3.对电场的影响 把 两边同除以 d , 有 即 一、概述 上式表明： 插入电介质后两极板间电压减少，电场减弱。电场减弱的原因可用电介质与外电场的相互影响，从微观结构上来解释。 电介质的内部结构 （1）电偶极子（电矩） 二、电介质内部结构与偶极子 -q +q （2）有极分子 无外电场时，分子的正、负电荷中心不重合，分子具有固有偶极距。例如：H2O、HCl 、CO、SO2 。 + q - q 二、电介质内部结构与偶极子 （3）无极分子 无外电场时，分子的正、负电荷中心重合，分子没有固有电偶极矩。例如：CO2、H2、N2、O2、He、CH4。 二、电介质内部结构与偶极子 * 二、电介质内部结构与偶极子 有极分子 无极分子 1.无电场时 宏观呈电中性 热运动—杂乱排列— 二、电介质内部结构与偶极子 * 2. 有电场时 电介质发生极化— 有极分子介质 位移极化 无极分子介质 取向极化 均匀 均匀 － ＋ － ＋－ ＋ － ＋ － ＋－ ＋ 宏观呈电性 二、电介质内部结构与偶极子 结论： 极化的总效果是介质边缘出现电荷分布！ 由于这些电荷仍束缚在每个分子中，所以称之为束缚电荷或极化电荷。 二、电介质内部结构与偶极子 1. 电偶极子（电矩） 二、电介质内部结构与偶极子 -q +q P是矢量，它是表征电偶极子整体电性质的重要物理量。 2. 电偶极子电场中任意一点的电势 二、电介质内部结构与偶极子 2. 电偶极子电场中任意一点的电势 二、电介质内部结构与偶极子 * 连线上的场： 中垂线上的场： 3. 电偶极子在两个特殊点上的电场 二、电介质内部结构与偶极子 面极化电荷（或面束缚电荷） 在外电场中，介质表面要出现电荷，这种电荷不能离开电介质到其它带电体，也不能在电介质内部自由移动，称为面束缚电荷或面极化电荷。 在外电场作用下，电介质出现束缚电荷的现象称为电介质的极化。 三、电介质的极化 三、电介质的极化 在电介质内部的宏观微小的区域内，正负电荷的电量仍相等，因而仍表现为电中性。 三、电介质的极化 1.就有极分子电介质和无极分子电介质的极化现象而论 （A）两类电介质极化的微观过程不同，宏观结果也不同。 （B）两类电介质极化的微观过程相同，宏观结果也相同。 （C）两类电介质极化的微观过程相同，宏观结果不同。 （D）两类电介质极化的微观过程不同，宏观结果相同。 2.电偶极矩为ｐ的电偶极子处在场强为E的匀强电场中，则当 （A）p与E平行时，电偶极子的受力最大。 （B）p与E垂直时，电偶极子的受力最大。 （C）p与E平行时，电偶极子所受到的力矩最大。 （D）p与E垂直时，电偶极子所受到的力矩最大。 3.如一个偶极子，其偶极矩为p，它与外电场E的夹角为?，则偶极矩在外场中所受的力矩为（ ），势能为（ ）。 极化强度矢量 即是在电介质的单位体积中分子电矩的矢量和 单位：库仑/米2 (C/m2)，其量纲与面电荷密度的量纲相同。 四、极化强度 对有极分子构成的电介质， 其中 n 表示电介质单位体积内的分子数。 四、极化强度 极化强度与电场的关系 对各向同性的电介质，当电场不太强时，试验表明： 四、极化强度 其中 叫做电介质的电极化率。 五、极化电荷 面束缚电荷 在介质中取一斜柱，长为 l ，则穿过 dS 面的总正电荷为 +q -q dS ? 五、极化电荷 体束缚电荷 穿过 dS面的总正电荷为 +q -q dS ? S 穿过整个封闭面 S 向外的电荷应为 留在封闭面 S 内的体束缚电荷应为 五、极化电荷 电介