學(xué)院14-2靜電場中的電介質(zhì)ppt課件

1、 14.2 14.2 電場中的電介質(zhì)電場中的電介質(zhì)1. 1. 電介質(zhì)對電場的影響電介質(zhì)對電場的影響2. 2. 電介質(zhì)的極化電介質(zhì)的極化3. 3. 電介質(zhì)的高斯定理電介質(zhì)的高斯定理 電位移矢量電位移矢量一電介質(zhì)對電場的影響一電介質(zhì)對電場的影響電介質(zhì)電介質(zhì): : 絕緣體絕緣體(insulator)(insulator)( (放在電場中的放在電場中的) )電介質(zhì)電介質(zhì)電場電場 r實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)0rVVrEE0 r 電介質(zhì)的相對介電常數(shù)電介質(zhì)的相對介電常數(shù)0uV結(jié)論結(jié)論: : 介質(zhì)充溢電場或介質(zhì)外表為等勢面時介質(zhì)充溢電場或介質(zhì)外表為等勢面時+Q+Q-Q-Q+-0CCr介質(zhì)中電場減弱介質(zhì)中電場減弱1r二電介質(zhì)

2、的極化二電介質(zhì)的極化(Polarization of Dielectric)(Polarization of Dielectric) 束縛電荷束縛電荷(bound charge)(bound charge)無極分子無極分子(Non-polar (Non-polar molecule) molecule) 有極分子有極分子(Polar (Polar molecule )molecule ) + + - -lqp無外場時熱運(yùn)動無外場時熱運(yùn)動整體對外整體對外不顯電性不顯電性(無極分子電介質(zhì)無極分子電介質(zhì))(有極分子電介質(zhì)有極分子電介質(zhì))0p-+有外場時有外場時( (分子分子) ) 位移極化位移極化(

3、 (分子分子) ) 取取向極化向極化束縛電荷束縛電荷 束縛電荷束縛電荷 0EEE0EEE 無極分子電介質(zhì)無極分子電介質(zhì) 有極分子電介質(zhì)有極分子電介質(zhì)三三. .電介質(zhì)的高斯定理電介質(zhì)的高斯定理 電位移矢量電位移矢量(vector of electric (vector of electric displacement)displacement) 無電介質(zhì)時無電介質(zhì)時001dSESS 參與電介質(zhì)參與電介質(zhì)000drSE SS q rEE00diSiD SqEEDr0 r+-+- - - - - - - - - - - - - - - - - - - -00S令：令： 介電常數(shù)介電常數(shù) - -電位移

4、矢量電位移矢量D那么：那么：電介質(zhì)的高斯定理電介質(zhì)的高斯定理 即：經(jīng)過高斯面的電位移通量等于高斯面所包圍的自在電荷即：經(jīng)過高斯面的電位移通量等于高斯面所包圍的自在電荷 的代數(shù)和，與極化電荷及高斯面外電荷無關(guān)。的代數(shù)和，與極化電荷及高斯面外電荷無關(guān)。 比較比較001d()SE SS0diSiD Sq為什么？為什么？S r+-+- - - - - - - - - - - - - - - - - - - -00S兩平行金屬板之間充溢相對介電常數(shù)為兩平行金屬板之間充溢相對介電常數(shù)為r r 的各向同性均的各向同性均勻電介質(zhì)勻電介質(zhì), ,金屬板上的自在電荷面密度為金屬板上的自在電荷面密度為 0 0 。兩金

5、屬板之間的電場強(qiáng)度和介質(zhì)外表的束縛電荷面密度兩金屬板之間的電場強(qiáng)度和介質(zhì)外表的束縛電荷面密度. .解解SSD00diSiDSq0DrDE00001d()SE SS) (100E0)11 (r求求例例1 1例例2 2平行板電容器，其中充有兩種均勻電介質(zhì)。平行板電容器，其中充有兩種均勻電介質(zhì)。AB1d2d求求 (1) 各電介質(zhì)層中的場強(qiáng)各電介質(zhì)層中的場強(qiáng)(2) 極板間電勢差極板間電勢差1S解解做一個圓柱形高斯面做一個圓柱形高斯面1S內(nèi)）1(d1SqSDiS111SSD1D2S同理，做一個圓柱形高斯面同理，做一個圓柱形高斯面2S內(nèi)）2(d2SqSDiS2D21DD 21EE 12dBAVEr1211

6、021ddddddrErE2211ddroro 各電介質(zhì)層中的場強(qiáng)不同各電介質(zhì)層中的場強(qiáng)不同 相當(dāng)于電容器的串聯(lián)相當(dāng)于電容器的串聯(lián)122121ddS/C q VABd1S2S平板電容器中充介質(zhì)的另一種情況平板電容器中充介質(zhì)的另一種情況12VV 由極板內(nèi)為等勢體由極板內(nèi)為等勢體11VEd22VEd1101EDr2202EDr11D22D122211SSqddEdEu212211SSq思索到思索到12qCC CV 12 各電介質(zhì)層中的場強(qiáng)一樣各電介質(zhì)層中的場強(qiáng)一樣 相當(dāng)于電容器的并聯(lián)相當(dāng)于電容器的并聯(lián)例例3 3 一單芯同軸電纜的中心為一半徑為一單芯同軸電纜的中心為一半徑為R1R1的金屬導(dǎo)線，外層一金的金屬導(dǎo)線，外層一金屬層。其中充有相對介電常數(shù)為屬層。其中充有相對介電常數(shù)為r r 的固體介質(zhì)，當(dāng)給電纜的固體介質(zhì)，當(dāng)給電纜加加一電壓后，一電壓后，E1 = 2.5E2 E1 = 2.5E2 ，假設(shè)介質(zhì)最大平安電勢梯度為，假設(shè)介質(zhì)最大平安電勢梯度為E E 電纜能接受的最大電壓？電纜能接受的最大電壓？解解 用含介質(zhì)的高斯定理用含介質(zhì)