電介質(zhì)及其極化(完整)

1、a19-4電介質(zhì)及其極化電介質(zhì)及其極化1.有極分子和無(wú)極分子電介質(zhì)有極分子和無(wú)極分子電介質(zhì)2.電介質(zhì)的極化電介質(zhì)的極化3.電極化強(qiáng)度電極化強(qiáng)度a2一、有極分子和無(wú)機(jī)分子電介質(zhì)一、有極分子和無(wú)機(jī)分子電介質(zhì)電介質(zhì)是電阻率很大、導(dǎo)電能力很差的物質(zhì)。電介質(zhì)是電阻率很大、導(dǎo)電能力很差的物質(zhì)。在靜電問(wèn)題中，常把電介質(zhì)看作理想的絕緣體在靜電問(wèn)題中，常把電介質(zhì)看作理想的絕緣體 。有極分子：分子的正電荷中心與負(fù)電荷中心有極分子：分子的正電荷中心與負(fù)電荷中心不不重合。重合。ClHpHHPoNHHHPa3+有極分子的等效電偶極矩：有極分子的等效電偶極矩：整個(gè)電介質(zhì)可以看成是無(wú)整個(gè)電介質(zhì)可以看成是無(wú)數(shù)的點(diǎn)偶極子的聚集

2、體。數(shù)的點(diǎn)偶極子的聚集體。雖然每個(gè)分子的等效點(diǎn)偶雖然每個(gè)分子的等效點(diǎn)偶極矩不為零，但不管從電極矩不為零，但不管從電介質(zhì)整體來(lái)看，還是從電介質(zhì)整體來(lái)看，還是從電解質(zhì)的某一小體積來(lái)看，解質(zhì)的某一小體積來(lái)看，電解質(zhì)是呈中性的。電解質(zhì)是呈中性的。erqpa4無(wú)極分子：分子的正電荷中心與負(fù)電荷中心無(wú)極分子：分子的正電荷中心與負(fù)電荷中心重合。重合。無(wú)極分子的等效電偶極矩：無(wú)極分子的等效電偶極矩：無(wú)極分子電介質(zhì)整體也是呈中無(wú)極分子電介質(zhì)整體也是呈中性的。性的。0pa5二、電介質(zhì)的極化二、電介質(zhì)的極化1、無(wú)極分子的位移極化、無(wú)極分子的位移極化加上外電場(chǎng)后，在電場(chǎng)力作用下電介質(zhì)分加上外電場(chǎng)后，在電場(chǎng)力作用下電介

3、質(zhì)分子的正負(fù)電荷中心不再重合，形成一個(gè)電子的正負(fù)電荷中心不再重合，形成一個(gè)電偶極子，它們的等效電偶極矩偶極子，它們的等效電偶極矩P P的方向都的方向都沿著電場(chǎng)的方向。沿著電場(chǎng)的方向。E無(wú) 電 場(chǎng) 時(shí)有 電 場(chǎng) 時(shí)+a6電介質(zhì)的兩個(gè)和外電場(chǎng)強(qiáng)度電介質(zhì)的兩個(gè)和外電場(chǎng)強(qiáng)度 相垂直的相垂直的表面層里，將分別出現(xiàn)正電荷和負(fù)電荷。表面層里，將分別出現(xiàn)正電荷和負(fù)電荷。這些電荷不能離開(kāi)介質(zhì)，也不能在電介質(zhì)這些電荷不能離開(kāi)介質(zhì)，也不能在電介質(zhì)中自有移動(dòng)，我們稱(chēng)之為極化電荷。這種中自有移動(dòng)，我們稱(chēng)之為極化電荷。這種在外電場(chǎng)作用下，在電介質(zhì)中出現(xiàn)極化電在外電場(chǎng)作用下，在電介質(zhì)中出現(xiàn)極化電荷的現(xiàn)象叫做荷的現(xiàn)象叫做電介

4、質(zhì)的極化電介質(zhì)的極化。由于由于無(wú)極分子無(wú)極分子的極化在于正、負(fù)電荷中心的極化在于正、負(fù)電荷中心的相對(duì)位移，所以常叫做的相對(duì)位移，所以常叫做位移極化。位移極化。0Ea72、有極分子的取向極化、有極分子的取向極化在外電場(chǎng)中有極分子的固有電矩要受到一在外電場(chǎng)中有極分子的固有電矩要受到一個(gè)力矩作用，電矩方向轉(zhuǎn)向和外電場(chǎng)方向個(gè)力矩作用，電矩方向轉(zhuǎn)向和外電場(chǎng)方向趨于一致。趨于一致。+E無(wú) 電 場(chǎng) 時(shí)有 電 場(chǎng) 時(shí)+無(wú)外電場(chǎng)時(shí)無(wú)外電場(chǎng)時(shí)，有極分子電偶極矩取向不同，有極分子電偶極矩取向不同，整個(gè)介質(zhì)整個(gè)介質(zhì)不帶電不帶電。a8有機(jī)分子的極化就是等效電偶極子轉(zhuǎn)向外電場(chǎng)的方向，所以叫做取向極化。一般來(lái)說(shuō)，分子在取向

5、極化的同時(shí)還一般來(lái)說(shuō)，分子在取向極化的同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生位移極化，但是，對(duì)于有極分會(huì)產(chǎn)生位移極化，但是，對(duì)于有極分子電介質(zhì)來(lái)說(shuō)，在靜電場(chǎng)作用下，取子電介質(zhì)來(lái)說(shuō)，在靜電場(chǎng)作用下，取向極化的效應(yīng)比位移極化的效應(yīng)強(qiáng)得向極化的效應(yīng)比位移極化的效應(yīng)強(qiáng)得多，所以有極分子的極化機(jī)理是取向多，所以有極分子的極化機(jī)理是取向極化。極化。a9三、電極化強(qiáng)度三、電極化強(qiáng)度上面從分子的結(jié)構(gòu)出發(fā)，說(shuō)明了兩類(lèi)不同上面從分子的結(jié)構(gòu)出發(fā)，說(shuō)明了兩類(lèi)不同的電介質(zhì)的極化過(guò)程，這兩類(lèi)電介質(zhì)極化的電介質(zhì)的極化過(guò)程，這兩類(lèi)電介質(zhì)極化的微觀過(guò)程雖然不同，但宏觀的效果卻是的微觀過(guò)程雖然不同，但宏觀的效果卻是相同的，都是在電介質(zhì)的兩個(gè)相對(duì)表面上相同

6、的，都是在電介質(zhì)的兩個(gè)相對(duì)表面上出現(xiàn)了異號(hào)的極化電荷，在電介質(zhì)內(nèi)部有出現(xiàn)了異號(hào)的極化電荷，在電介質(zhì)內(nèi)部有沿電場(chǎng)方向的電偶極矩。沿電場(chǎng)方向的電偶極矩。a101、電極化強(qiáng)度矢量、電極化強(qiáng)度矢量VPP單位體積內(nèi)分子電偶極矩的矢量和單位體積內(nèi)分子電偶極矩的矢量和電極化強(qiáng)度的單位是電極化強(qiáng)度的單位是2/ mC2、電極化強(qiáng)度與總場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系、電極化強(qiáng)度與總場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系EPe0式中的比例因數(shù)式中的比例因數(shù) 和電和電介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，叫做介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，叫做介質(zhì)的介質(zhì)的電極化率。電極化率。ea11 3、束縛電荷與電極化強(qiáng)度的關(guān)系：、束縛電荷與電極化強(qiáng)度的關(guān)系：電偶極矩電偶極矩LdSqL電偶極矩的矢量和電偶極矩的矢量

7、和因斜柱體的體積為因斜柱體的體積為 ，按定義，電，按定義，電極化強(qiáng)度極化強(qiáng)度P的大小為的大小為L(zhǎng)dSpcosdSLdV cosdVPppnppncosEP,nlSda12上式表明，電介質(zhì)極化時(shí)產(chǎn)生的極化電上式表明，電介質(zhì)極化時(shí)產(chǎn)生的極化電荷的面密度，等于電極化強(qiáng)度沿外法線荷的面密度，等于電極化強(qiáng)度沿外法線方向的分量。方向的分量。例例9-4 半徑半徑R 的介質(zhì)球被均勻極化，極化強(qiáng)的介質(zhì)球被均勻極化，極化強(qiáng)度為度為P。求：求：1) 介質(zhì)球表面的分布；介質(zhì)球表面的分布；2) 極化電荷在球極化電荷在球心處的場(chǎng)。心處的場(chǎng)。a13PnSdxPdx cosPnP 由此可知，右半球面上由此可知，右半球面上0

8、左半球面上左半球面上0最最大大。處處，及及；處處， 0022) 在球面上取環(huán)帶在球面上取環(huán)帶d dcossin2dsin2d22 RPRq解：解：1) 球面上任一點(diǎn)球面上任一點(diǎn)a14dcossin2cos4dd2020PRqE 00203dcossin2dPPEE E E 沿沿x x軸負(fù)方向。軸負(fù)方向。在球心處的場(chǎng)在球心處的場(chǎng)a159-5電介質(zhì)中的靜電場(chǎng)電介質(zhì)中的靜電場(chǎng)空間任一點(diǎn)的合場(chǎng)強(qiáng)空間任一點(diǎn)的合場(chǎng)強(qiáng)E應(yīng)該是應(yīng)該是0EEE外電場(chǎng)外電場(chǎng)總電場(chǎng)總電場(chǎng)極化電荷所極化電荷所激發(fā)電場(chǎng)激發(fā)電場(chǎng)a16一、平行板電容器均勻電介質(zhì)一、平行板電容器均勻電介質(zhì)極板間電介質(zhì)中的合場(chǎng)極板間電介質(zhì)中的合場(chǎng)強(qiáng)強(qiáng)E的大小

9、為的大小為0EEE000+ + + + +-EE0E00a17電介質(zhì)中的電極化強(qiáng)度為電介質(zhì)中的電極化強(qiáng)度為而而 代入上式得代入上式得Epe0pEEPEEe000eEE10a180E上式表明，在均勻電介質(zhì)充滿(mǎn)整個(gè)電場(chǎng)的上式表明，在均勻電介質(zhì)充滿(mǎn)整個(gè)電場(chǎng)的情況下，電介質(zhì)內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)情況下，電介質(zhì)內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)E為場(chǎng)強(qiáng)為場(chǎng)強(qiáng) 的的 倍倍 。e11兩極板間的電勢(shì)差兩極板間的電勢(shì)差)1(00edEdUa19Sq0設(shè)極板的面積為設(shè)極板的面積為S,則極板上總的電荷量為則極板上總的電荷量為 極板間充滿(mǎn)均勻電介質(zhì)后的電容為極板間充滿(mǎn)均勻電介質(zhì)后的電容為dSUqCe)1 (00)1 (Ce即電容為兩極板間是真空時(shí)電容即電容為兩極板間是真空時(shí)電容 的的 倍。倍。0C)1 (esq0a20由式由式 得得 和和 有如下關(guān)系有如下關(guān)系0/CCrreer1電介質(zhì)內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)減弱為外場(chǎng)的電介質(zhì)內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)減弱為外場(chǎng)的 這一結(jié)論這一結(jié)論并不普遍成立，但是電介質(zhì)內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)減弱并不普遍成立，但是電介質(zhì)內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)減弱卻是比較普遍的。卻是比較普遍的。r/100)1 (era21二、均勻電介質(zhì)球處于均勻外電場(chǎng)二、均勻電介質(zhì)球處于均勻外電場(chǎng)0E放入電介質(zhì)球前的均勻電場(chǎng)放入電介質(zhì)球前的均勻電場(chǎng)a22放入介質(zhì)球后球內(nèi)外空間合場(chǎng)強(qiáng)的分布放入介質(zhì)球后球內(nèi)外空間合場(chǎng)強(qiáng)的分布+E+Ea23 介質(zhì)球內(nèi)的場(chǎng)介質(zhì)球內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)已經(jīng)在例題中求強(qiáng)已經(jīng)在例題中求