电介质及其极化(完整).pptVIP

§9-4电介质及其极化 1.有极分子和无极分子电介质 2.电介质的极化 3.电极化强度 一、有极分子和无机分子电介质 电介质是电阻率很大、导电能力很差的物质。 在静电问题中，常把电介质看作理想的绝缘体 。 有极分子：分子的正电荷中心与负电荷中心不重合。 Cl H p H H P o N H H H P + 有极分子的等效电偶极矩： 整个电介质可以看成是无数的点偶极子的聚集体。虽然每个分子的等效点偶极矩不为零，但不管从电介质整体来看，还是从电解质的某一小体积来看，电解质是呈中性的。 无极分子：分子的正电荷中心与负电荷中心重合。 无极分子的等效电偶极矩： 无极分子电介质整体也是呈中性的。 二、电介质的极化 1、无极分子的位移极化 加上外电场后，在电场力作用下电介质分子的正负电荷中心不再重合，形成一个电偶极子，它们的等效电偶极矩P的方向都沿着电场的方向。 电介质的两个和外电场强度 相垂直的表面层里，将分别出现正电荷和负电荷。这些电荷不能离开介质，也不能在电介质中自有移动，我们称之为极化电荷。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。 由于无极分子的极化在于正、负电荷中心的相对位移，所以常叫做位移极化。 2、有极分子的取向极化 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。 无外电场时，有极分子电偶极矩取向不同，整个介质不带电。 有机分子的极化就是等效电偶极子转向外电场的方向，所以叫做取向极化。 一般来说，分子在取向极化的同时还会产生位移极化，但是，对于有极分子电介质来说，在静电场作用下，取向极化的效应比位移极化的效应强得多，所以有极分子的极化机理是取向极化。 三、电极化强度 上面从分子的结构出发，说明了两类不同的电介质的极化过程，这两类电介质极化的微观过程虽然不同，但宏观的效果却是相同的，都是在电介质的两个相对表面上出现了异号的极化电荷，在电介质内部有沿电场方向的电偶极矩。 1、电极化强度矢量 单位体积内分子电偶极矩的矢量和 电极化强度的单位是 2、电极化强度与总场强的关系 式中的比例因数 和电介质的性质有关，叫做介质的电极化率。 3、束缚电荷与电极化强度的关系： 电偶极矩 电偶极矩的矢量和 因斜柱体的体积为 ，按定义，电极化强度P的大小为 上式表明，电介质极化时产生的极化电荷的面密度，等于电极化强度沿外法线方向的分量。 例9-4 半径R 的介质球被均匀极化，极化强度为P。 求：1) 介质球表面的分布；2) 极化电荷在球心处的场。 由此可知，右半球面上 左半球面上 2) 在球面上取环带 解：1) 球面上任一点 E ?沿x轴负方向。 在球心处的场 §9-5电介质中的静电场 空间任一点的合场强E应该是 外电场 总电场 极化电荷所激发电场 一、平行板电容器均匀电介质 极板间电介质中的合场强E的大小为 + + + + + - - - - E 电介质中的电极化强度为 而 代入上式得 上式表明，在均匀电介质充满整个电场的情况下，电介质内部的场强E为场强 的 倍 。 两极板间的电势差 设极板的面积为S,则极板上总的电荷量为 极板间充满均匀电介质后的电容为 即电容为两极板间是真空时电容 的 倍。 由式 得 和 有如下关系 电介质内部场强减弱为外场的 这一结论并不普遍成立，但是电介质内部的场强减弱却是比较普遍的。 二、均匀电介质球处于均匀外电场 放入电介质球前的均匀电场 放入介质球后球内外空间合场强的分布 + + + + + + + + 介质球内的场强已经在例题中求出为 与 方向相反 + + + + + + + 靠近球的外部空间，上下区域，合场强减弱；左右区域，合场强增强。 ++++++ + + + + + + + ++++ ---- L （ θ ++++++ + + + + + + + ++++ ---- θ ++++++ + + + + + + + ---- * * * * * *