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第2节 静电场中的电介质 讨论： ·电场对电介质的作用 ·电介质对电场的影响 I 电介质及其极化 一、电介质—绝缘介质 1.电介质内没有可以自由移动的电荷 在电场作用下，电介质中的电荷只能在 分子范围内移动。 2.分子电矩 ·分子—电偶极子(模型) p分 p分 + - 电介质分子 ·分子电矩 p分 = p分 = q分l分 二、电介质的极化 1.极性电介质的极化 极性分子 ·正常情况下，内部电荷分布不对称， 正负电中心已错开，有固有电矩p分， ·极性分子：如HCl 、H2O、CO等。 E E外 ?V 有外电场 ?V 无外电场 P分 (2)无外电场时 ·每个分子p分 ? 0 ·由于热运动，各p分取向混乱 ·小体积?V(宏观小、微观大，内有大量 分子)内 ? p分= 0 (3)有外电场时 ·各 p分向电场方向取向(由于热运动，取向 并非完全一致) ·?V内 ? p分 ? 0 ·且外电场越强 ? | ? p分| 越大 ·这种极化称取向极化 2.非极性电介质的极化 (1)非极性分子 ·正常情况下电荷分布对称，正负电中心重 合，无固有电矩。 ·非极性分子：如He、 H2、 N2、 O2、 CO2等。 (2)无外电场时 ·每个分子 p分 = 0 E外 ?V·?V内 ? p E外 ?V (3)有外电场时 ·正负电中心产生相对位移， p分(称感应电矩) ? 0 ·?V内 ? p分 ? 0 ·且外电场越强 ? | ? p分| 越大 ·这种极化称位移极化 三、电极化强度 1.电极化强度 ·为描写电介质极化的强弱，引入电极化强 度矢量。 ?p分 ?p分 ?V P = ?p分 ?V P = lim ?V?0 或 ·P是位置的函数 ·单位： C/m2 ·对非极性电介质，因各p分相同，有 P = n p分 n---单位体积内的分子数 ·综上，对极性、非极性电介质都有 无外电场时， P = 0 有外电场时， P ? 0 且电场越强 ? | P | 越大 2.电极化强度和场强的关系 ·由实验，对各向同性电介质，当电介质中 电场E不太强时，有 P = P = ?0?eE ·?e ：电极化率(?e ? 0)，决定于电介质性 质。 ·E：是电介质中某点的场强(包括该点的外 电场以及电介质上所有电荷在该点产生的电场)。 ·对各向同性介质： P ? E P ?? E 四、束缚电荷 电介质极化后，在电介质体内及表面上可 以出现束缚电荷(又称极化电荷)。 1.体束缚电荷 (1)体束缚电荷 ·考虑电介质体内面元dS处的极化 E E P ? dV dS n l分 电介质体内 ·以位移极化为例，设负电中心不动， ·在电场作用下，dV= l分dS cos? 内所有分 子的正电荷中心将越过dS面。 ·越过dS面元的总电荷 dq?= q分n(l分dS cos? ) = np分cos? dS = P cos? dS dq? = P ? dS ·在电介质体内取任一封闭曲面S，则净穿 出整个封闭面的电荷为 q?内dSPnS电介质体内 q?出= ? q?内 dS P n S 电介质体内 ·留在封闭面内的电荷为 q?内 = - q ?出 电介质体内任一封闭面内的束缚电荷 q? q?内= - ? S P?dS (2)可以证明：对均匀电介质，若电介质体内 无自由电荷，则不管电场是否均匀，电介 质体内都无束缚电荷。 (我们只讨论均匀电介质，即以后只考虑下面所说的表面上的束缚电荷) 2.面束缚电荷 ·若前述dS面元刚好在电介质表面上， n 即电介质的外法线方向，则 dq? = P? dS 即为电介质表面dS面积上的束缚电荷。 ·单位面积上的束缚电荷 ?? = dq? /dS 束缚电荷面密度 ?? ??= P? n n—电介质表面外法线方向的单位矢量 ++++q?-- + + + + q? - - P -q? -q? -q? n ·如图电介质