参考资料 静电场中的电介质.ppt

电场的边界条件 即使自由电荷的分布完全相同，有交界面存在，交界面 的形状不同则对应的场分布是不同的。交界面的存在会 影响整个空间的电场分布。 1.法向 若交界面上无自由电荷 根据物态方程 2.切向 根据静电场环路定理 由物态方程 电位移线在 界面处的折射 说明 1. 电位移矢量D与Ef 一样取决于自由电荷与极化电荷无关 但Ef遵从库仑定律和叠加原理,并且有Ef的环路定理 而D则不同,只有路径各处的介质相对极化率相同时 才具有D的环路积分为零. 因而在一般情况下认为电位移矢量本身完全取决于 自由电荷分布的看法不正确. 只有当D 的切向分量连续,且交界面与等势面重合. D的环流为零,则D取决于自由电荷的分布 2. 当自由电荷分布确定后,对自由电荷单独产生的电场Ef 不存在介质边界的影响问题,而对电位移矢量在介质边界 上要折射. 如果介质的交界面与电场强度(及电位移矢量)垂直时,D 线和E 线的分布情况完全相同. 3.由于D的环流一般不为零,故不能用势函数描写D场. * * 7.5电位移矢量、有电介质时的高斯定律： 7.2 电介质的极化 第7章 静电场中的电介质 电介质 电介质的极化 7.3极化强度 极化电荷与极化强度的关系： 7.4电介质的极化规律 退极化场 7.1 电介质对电场的影响 导体中含有许多可以自由移动的电子或离子。然而 也有一类物质电子被束缚在自身所属的原子核周围 或夹在原子核中间，这些电子可以相互交换位置， 多少活动一些，但是不能到处移动，就是所谓的非 导体或绝缘体。绝缘体不能导电，但电场可以在其 中存在，并且在电学中起着重要的作用。 从电场这一角度看，特别地把绝缘体叫做电介质。 从它们在电场中的行为看：有位移极化和取向极化。 下面将逐一讨论。 从电学性质看电介质的分子可分为两类： 无极分子、有极分子。 第7章 静电场中的电介质 7.1 电介质对电场的影响 ? 电介质是由大量电中性 的分子组成的绝缘体。 紧束缚的正负电荷在 外场中要发生变化。 在外电场中电介质要受到电场 的影响，同时也影响外电场。 +Q –Q 在以平行板电容器有电介质 与无电介质时，极板上电压 的变化为例说明 +Q –Q 本章只限于讨论各向 同性的均匀的电介质。 静电计测电压 插入电介质前后两极板间的电压分别用V0、V表示， 它们的关系： 是一个大于 1 的常数，其大小随电介质的种类 和状态的不同而不同，是电介质的特征常数称为 电介质的相对介电常数 空气的相对介电常数1.00059(0oC，1atm） 上述实验表明：插入电介质后 两极板间电压减少，说明其间 电场减弱了。 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。 ①无极分子（Nonpolar molecule） 在无外场作用下整个分子无电矩。 例如，CO2 H2 N2 O2 He ②有极分子（Polar molecule） 在无外场作用下存在固有电矩 例如，H2O Hcl CO SO2 因无序排列对外不呈现电性。 2 电介质的分子： 1 电介质－是由大量电中性的分子组成的绝缘体。 紧束缚的正负电荷在外场中要发生变化。 一、电介质： 7.2 电介质的极化 电子云的 正电中心 位移极化 取向极化 ①位移极化 Displacement polarization 主要是电子发生位移 3 电介质的极化：Polarization ②取向极化 Orientation polarization 由于热运动这种取向只能是部分的，遵守统计规律。 l 在外电场中的电介质分子 无极分子只有位移极化，感生电矩的方向沿外场方向。 无外场下，所具有的电偶极矩称为固有电偶极矩。 在外电场中产生感应电偶极矩（约是前者的10-5)。 有极分子有上述两种极化机制。 在高频下只有位移极化。 4 极化电荷 Polarization charge or bound charge 在外电场中，均匀介质内部各处仍呈电中性，但在 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。我们 称它为束缚电荷或极化电荷。它不象导体中的自由 电荷能用传导方法将其引走。 在外电场中，出现束缚电荷的现象叫做电介质的极化。 二、电极化强度 Polarization 在宏观上测量到的是大量分子电偶极矩的统计平均值， 为了描述电介质在外场中的行为引入一个物理量： 其中 是第i个分子的电偶极矩 单位是[库仑/米2]、[C/m2]. 1、电极化强度矢量 以下将电极化强度矢量简称为极化强度 束缚电荷就是指极化电荷。 2、极化（束缚）电荷与极化强度的关系： 可证明对于均匀的电介质，极化电荷集中在它的表面。 电介质产生的一切宏观效果都是