第五章 电介质.ppt
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1、1,第5章 静电场中的电介质,本章研究把电介质引进静电场中电介质与电场的相互作用规律,重点介绍电介质的极化规律,电容器的电容,静电场的能量。,2,第5章 静电场中的电介质,一、电介质及其极化 二、有电介质时的高斯定律 三、电 容器及其电容 四、电容器与电场的能量,3,它们又对立、又依存;,但又常常并用。,前 言,电介质就是电的绝缘体。,在概念上电介质与导体构成一对矛盾体。,在实际应用中,,它们的作用正相反,,也是电学中的一个十分重要的问题。,4,1. 电介质对电场的影响,电介质-绝缘体(塑料、橡胶、纯水等)。,特征-没有自由电荷,被电极化后影响原电场。,无电介质时,0、E0,有电介质时, 、E
2、,结论:电介质使原电场减弱。,实验表明:,一、电介质及其极化,5,极化-在外电场作用下电介 质表面出现极化电荷 的现象。,极化电荷与感应电荷的区别: 感应电荷是导体静电平衡时的一种电荷分布, E内=0, 可移离开导体。,极化电荷是在分子范围内正负电荷移动的结 果, , 不可移离电介质,数量少得多。,2.电介质的极化,6,3. 极化的微观机制,一.电介质分子可分为有极和无极两类,1.有极分子(polar molecule):,分子电荷的正、负“重心”分开,,极矩,,2.无极分子(nonpolar molecule):,极矩。,分子电荷的正、负“重心”重合,,。,如:He,Ne, CH4 ,具有固
3、有电偶,无固有电偶,7,电介质的电极化与导体有本质的区别:,电介质:,导体:,两种电介质放入外电场, 其表面上都会出现电荷。,电极化,面束缚电荷(面极化电荷),有极分子电介质,无极分子电介质,8,二、电极化现象,(1) 有极分子,取 向 极 化,可见:E外强,,端面上束缚电荷越多,电极化程度越高。,(2) 无极分子,电中性,位移极化,感生电矩,9,同样:E外强,p大,端面上束缚电荷越多, 电极化程度越高。,1 对均匀电介质体内无净电荷,束缚电荷只出现 在表面上。,2 束缚电荷与自由电荷在激发电场方面,具有同 等的地位。,说明,10,三. 极化机制,1.位移极化(displacement pol
4、arization),对无极分子,2.取向极化(orientation polarization),对有极分子,11,对取向极化的说明:,由于热运动, 不是都平行于 ;,有极分子也有位移极化,,倒是主要的了。,要是取向极化,,但在高频场中,位移极化反,不过在静电场中主,4.极化强度,(1) 定义:,单位: 库仑米。,(2) 意义:量度电介质极化状态的物理量。对均匀电介质,P处处相同。,12,5.极化规律,当电介质处于极化状态时,一方面在它的体内出现电偶极矩,通过P描述,另一方面它的表面将有极化电荷产生。,由哪些因素决定?,(极化规律),结论:电介质产生的一切宏观后果都是通 过未被抵消的极化电荷
5、来体现的。,13,(1)极化面电荷,6.极化电荷与极化强度矢量的关系,圆柱体内分子电偶极矩的和为:,等效的大电偶极子的电矩为:,14,讨论:(a)极化电荷的正负,(b)极化电荷与场强关系,若非均匀电介质,极化的结果体内会出现极化体电荷。,15, 表面有极化面电荷, 介质内部有极化体电荷/,任何闭合曲面的极化强度 P的通量等于该曲面内的极化电荷总量的负值。,(2)极化体电荷,在非均匀介质中,电介质极化的结果为:,P与q/ 的关系为:,16,(3) 各向同性线性电介质极化规律,注意:线性各向异性电介质:P 与 E不在一个方向上。,电介质的电极化率,问题:有电介质存在时的电场问题如何计算?,17,带
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