第10章 导体电介质A2-01教学课件.ppt

O q r b a 如图所示，一内半径为a、外半径为b的金属球壳，带有电荷Q，在球壳空腔内距离球心r处有一点电荷q。设无限远处为电势零点，试求 (1) 球壳内外表面上的电荷； (2) 球心O点处，由球壳内表面上电荷产生的电势； (3)球心O点处的总电势。 例题 r a (A) (B) (C) (D) 一长直导线横截面半径为a，导线外同轴地套一半径为b的薄圆筒，两者互相绝缘，并且外筒接地，如图所示。设导线单位长度的电荷为+ ，并设地的电势为零，则两导体之间的P点(OP=r)的场强大小和电势分别为： O b 例题 r b O a b a r P 作高斯面，求P点场强 本节主要内容 10-2 静电场中的电介质 1 电介质的极化 2 电极化强度 3 极化电荷与自由电荷 一、 有极分子和无极分子电介质 无外电场时：电介质对外都不显电性 有极分子电介质：（水等） 分子的电偶极矩： 分子的正电荷中心与负电荷中心不重合 无极分子电介质：（甲烷等） 分子的电偶极矩： 分子的正电荷中心与负电荷中心重合 关于电介质： 内部没有自由电子，电子处于束缚状态，放入外电场中时电子只作微观相对位移，达到静电平衡时内部场强不为零。 水 H2O 甲烷 CH4 宏观上，在外电场作用下，均匀电介质的表面出现 “极化电荷”的现象 ——电介质极化 二、电介质的极化 电介质极化 无极分子电介质极化——位移极化 有极分子电介质极化——取向极化 1、无极分子电介质位移极化 （以均匀各向同性介质处于匀强电场为例） 无外场时 有外电场时，分子的正、负电荷中心将发生相对位移 ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± 有外电场时 位移极化 电介质内部仍然是电中性的。 电介质的两侧面上，分别出现正和负电荷。 极化电荷 实验发现： 外电场越强，位移极化就越强，表面的极化电荷就越多。 无外场时 有外电场时 有外电场时，分子的电偶极矩排列趋向于电场方向。 外电场越强，温度越低，取向一致的程度越高。 2、有极分子电介质取向极化 电介质内部仍然是电中性的。 电介质的两侧面上，分别出现正、负极化电荷。 取向极化 电介质的极化 对均匀各向同性的电介质来说，极化的宏观表现为： 体内无自由电荷，内部仍为电中性的。 表面出现面电荷，称为“束缚电荷”或称“极化电荷” 虽然两类电介质极化的微观机理不同，但是宏观效果却是相同的，都是在均匀电介质表面上出现了极化电荷 因此，从宏观上描述电介质的极化现象时，就不分为两类电介质来讨论了。 极化的微观机理 无极分子——位移极化 有极分子——取向极化 小结 三、极化强度、极化电荷以及场强的关系 1.电极化强度 在电介质内任一点处取一体积元 设第 i 个分子的电偶极矩 中所有分子的电偶极矩的矢量和为 当没有外电场时 当加上外电场时，由于电介质的极化， 将不等于零 因此可以定义一个物理量来描述电介质的极化程度 定义：单位体积内，分子电偶极矩的矢量和 外电场愈强，被极化的程度愈大， 的值也愈大 电极化强度——描述极化强弱的物理量，记作 极化强度是一个矢量 大小： 方向：与 相同 均匀电介质极化时，其表面出现极化电荷 极化程度愈高，极化电荷愈多 所以极化电荷面密度反映了电介质极化程度。 极化电荷面密度 极化强度的大小 2、极化电荷与自由电荷的关系 因此，介质中任一点的合场强应是上述两类场强的矢量和 电介质极化过程要在介质表面产生极化电荷，极化电荷也要在空间激发电场 极化电荷 实验证明，充满电解质的平行板间的电场强度的值与真空时两板间电场强度的关系为： 为介质的相对介电常数或相对电容率 3、极化强度与场强的关系 充满电解质的无限大平行板为例 对于非均匀电介质， 对于均匀电介质,各点的 都相同 电极化率 静电场中的电介质（极化描述） 电极化强度 反映了电介质的极化程度 极化强度与极化电荷的关系 极化电荷与自由电荷的关系 极化强度与场强的关系 极化电荷面密度反映了电介质的极化程度 P： 介质的相对介电 常数或相对电容率 小结 解：均匀介质极化，表面出现束缚电荷 内部的场由自由电荷和极化电荷共同产生 单独 合场强 联立 单独 例题 平行板电容器，自由电荷面密度为 ，充满相对介电常数为 的均匀各向同性线性电介质。 求：平行板之间的电场强度。 ) 电介质 介质表面 在电介质表面任一点处取一面积元ds，以ds为底，向介质内做一斜圆柱体，轴长为L，且轴线与电极化强度平行 圆柱体的体积为 对于该体积元，由于极化在两底面出现