静电场中的导体与电介质.pptVIP

8.3.2电介质的极化机理电介质极化的微观机理1.有极分子（极性）：正常情况下，分子中正、负电荷的中心不重合，有固有电偶极矩2.无极分子：在正常情况下，正负电荷的中心重合，没有固有的电偶极矩，在外电场的作用下，中心分开，产生感应电偶极矩第30页，共63页，星期日，2025年，2月5日演示程序：电介质的极化自由状态下无极分子自由状态下有极分子电介质的极化第31页，共63页，星期日，2025年，2月5日一般情况下，固有电偶极矩大于感应电偶极矩E0E0转向极化：位移极化：E/注：分子在转向极化的同时，一般还会产生位移极化。但是电介质在静电场的作用下，取向极化的效应比位移极化的效应强得多。介质表面出现负电荷介质表面出现正电荷第32页，共63页，星期日，2025年，2月5日在外电场中，均匀介质内部各处仍呈电中性，但是在电介质与外电场强度相垂直的两个表面层上，将分别出现正电荷和负电荷。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。电介质极化——在外电场的作用下，介质端面出现电荷（束缚电荷）束缚电荷产生的电场与外电场反向，故介质内的电场削弱了。在置于外电场中的电介质中取一小体积元?V，?V内的分子电偶极矩的矢量和不为零。外电场越大，分子电偶极矩的矢量和越大。无外电场有外电场E0第33页，共63页，星期日，2025年，2月5日8.3.3电晕现象阴雨天气的大气中存在着较多的水分子，水分子是具有固有电偶极矩的有极分子。此外，输电线附近存在着非均匀电场，水分子在此非均匀电场的作用下，一方面要使其固有电偶极矩转向外电场方向，另一方面由于电场不均匀，电偶极子中的正负电荷所受的电场力不为零，还要向输电线移动，从而使水分子凝聚在输电线的表面上形成细小的水滴。由于重力和电场力的共同作用，水滴的形状因而变长并出现尖端。而带电水滴的尖端附近的电场强度特别大，从而使大气中的气体分子电离，以致形成放电现象。这就是在阴雨天常看到高压输电线附近有淡蓝色辉光，即电晕现象的原因。第34页，共63页，星期日，2025年，2月5日8.3.4电极化强度单位体积内的分子电偶极矩的矢量和空间某点附近电介质的极化程度SI单位制中，P的单位是C/m2，与σ同。1.电极化强度P简称为极化强度P一般的是空间位置的函数对非极性分子的电介质：实验证明，当电介质（各向同性）中的E不太大时有：E0E0?e—电介质电极化率第35页，共63页，星期日，2025年，2月5日dSEPenθ2.电极化强度P与?/的关系以非极性分子电介质为例，假定负电荷不动，正电荷沿电场的方向发生位移l，则由于电极化越过dS面的总电荷为dS面上因极化而越过单位面积的电荷数为以上是由非极性分子电介质推出，对极性分子电介质也适用若dS正好是界面，则dS上dSenPθ第36页，共63页，星期日，2025年，2月5日极化电荷与自由电荷一样，在周围空间（无论是介质内或介质外）也要产生电场－附加电场E/,故空间任意点的电场为E/E0E在介质内部，E/与E0反向，介质内的总电场比E0减弱，极化强度也将减弱。极化电荷在内部的附加电场总是起着减弱极化的作用－退极化场第37页，共63页，星期日，2025年，2月5日例8－4:半径R的介质球被均匀极化，极化强度为P（方向如图）。求（1）介质球表面的极化电荷分布；（2）极化电荷在球心处产生的退极化场。解：（1）如题图所示，在球面上任一点处右半球面上左半球面上最大（2）在球面上取狭窄环带，环带对应的角度环带上的极化电荷电量RPoenqd?第38页，共63页，星期日，2025年，2月5日根据均匀带电圆环在圆环轴线上的场强，得到此环带在球心处的场球面上的极化电荷在球心处的场dE?沿P负方向E?和P反向。RPonqd?dE/第39页，共63页，星期日，2025年，2月5日8.4有介质时的高斯定理8.4.1电介质中的电场强度极化电荷与自由电荷的关系以平行板电容器为例（忽略边缘效应）自由电荷面密度?0与束缚电荷?/的关系p第40页，共63页，星期日，2025年，2月5日电介质极化强度对如图平行板，有代入上式有即式中电介质的电极化率附注：在高频的交变电场中，?r与频率f有关第41页，共63页，星期日，2025年，2月5日8.4.2电位移有介质时的高斯