极化电荷面密度电位移矢量.pptVIP

第3章静电场中的电介质  学习基本要求 了解电介质的极化及其微观机理,了解电位 移矢量D的概念,以及在各向同性介质中,D 和电场强度E的关系。 二理解电介质中的高斯定理,并会用它来计算 对称电场的电场强度。 三了解静电场是电场能量的携带者,了解电场 能量密度的概念,能用能量密度计算电场能量。  与导体不同,静止电荷激发的静电场可以存在于 电介质内部,于是问题变得复杂。本章要讨论的 正是电介质中的静电场。 几个基本概念 物理无限小体积:宏观看来足够小而微观看来足够大(包 含大量分子)的体积。 微观值:该量在媒质中各微观点上的值 宏观值:微观值在物理无限小体积中的平均值  电介质是由中性分子构成的 电介质是电的绝缘体,它内部的自由电子很少。 由于分子内有力的约束,电介质分子中的带电粒子不 能发生宏观的位移,因而这些带电粒子被称作极化电 荷(或束缚电荷)。 然而,在外电场的作用下,这些带电粒子仍然可 以有微观的位移,而且正如后面将要看到的那样,这 种微观位移将激发附加的电场,从而使总电场改变。  当场点与分子的距离远大于分子的 线度时,整个中性分子激发的电场就可 以近似采用一种“重心模型”来计算。 即可以认为分子中所有正电荷和所 有负电荷分别集中于两个几何点上,这 两个点分别叫做正、负电荷的“重心”  两个相距很近而且等值异号的点电荷的整体叫做偶极子 近的含义:场点与这两个点电荷的距离比两个点电荷之 间的距离大得多 讨论偶极子在外电场中所受的力矩 1、外电场为均匀电场的情形 由力学可知这个力偶矩的 大小为 (a)当l与E夹角为6时,力偶矩的大小T= FIsint M=Fl e 其中1是偶极子两个点电荷联线的长度,θ是联线与场强E 的夹角。  因为: F=gE 所以:M= gElson (3.1) 力偶矩矢量M可用矢量叉乘的形 式表示为: M=al×E (a)当l与E夹角为时,力偶矩的大小T= Flin 定义一个矢量:P=q1 (3.2) 则 M=P×E (3.3)  (a)当l与E夹角为6时,力偶矩的大小T一 PLain0 (b)力偶矩力图使偶极子的l转到E的方向当l与E平行时力偶矩为零 图33偶极子在均匀电场中所受的力偶炮  朱量P叫做偶极子的电偶极矩(简称偶极矩或电矩 式(33)说明力偶矩M力图使偶极子的电矩P转到 与外场E一致的方向上(图3-3b)。只有当P∥E 时偶极子所受的力矩才为零 2、外电场不均匀的情形 偶极子除受到力矩外还将受到一个外力,情 况较复杂,在此不予讨论。  极子激发的静电场 延长线上的场强表达式: E 2ql 4兀Eor 4 2、中垂面上的场强表达式 Es-p 图3-7偶极子电场的电力线(实线)和等位面(虚线》,偶梗手位于 称中心(水平放置)。把图平面绕图中水平直线 2的角度,便可得到整个空问的电场 点电荷场强与r的平方成反比,偶极子场强与r的立 方成反比。这表明偶极子场强随距离增大的减弱比 点电荷场强迅速得多