3靜電場中的電介質(zhì)ppt課件

1、電介質(zhì)即絕緣體，電阻率大，導(dǎo)電才干差，電介質(zhì)即絕緣體，電阻率大，導(dǎo)電才干差，理想的電介質(zhì)，完全不導(dǎo)電。理想的電介質(zhì)，完全不導(dǎo)電。由于理想的電介質(zhì)中，沒有可以自在挪動由于理想的電介質(zhì)中，沒有可以自在挪動的電荷，無論是原子中的電子，分子中的的電荷，無論是原子中的電子，分子中的離子，還是晶體點陣上的帶電粒子，不能離子，還是晶體點陣上的帶電粒子，不能自在挪動，即使在外電場的作用下，也只自在挪動，即使在外電場的作用下，也只能在分子尺度的小范圍內(nèi)挪動，宏觀上表能在分子尺度的小范圍內(nèi)挪動，宏觀上表現(xiàn)出不導(dǎo)電性能。現(xiàn)出不導(dǎo)電性能。7-8 靜電場中的電介質(zhì)靜電場中的電介質(zhì)實驗證明，均勻、各向同性的電介質(zhì)討論實驗

2、證明，均勻、各向同性的電介質(zhì)討論限于此種電介質(zhì)內(nèi)部的場強為真空時場強限于此種電介質(zhì)內(nèi)部的場強為真空時場強的的倍。倍。稱電介質(zhì)的相對介電常數(shù)，并稱電介質(zhì)的相對介電常數(shù)，并 ，純數(shù)，闡明電介質(zhì)內(nèi)部電場強度比真，純數(shù)，闡明電介質(zhì)內(nèi)部電場強度比真空時的電場強度數(shù)值上要小。空時的電場強度數(shù)值上要小。分析緣由：分析緣由：涉及電介質(zhì)的微觀模型。涉及電介質(zhì)的微觀模型。 一、一、 電介質(zhì)的電構(gòu)造電介質(zhì)的電構(gòu)造分子的正、負電荷中心在無外場時不重分子的正、負電荷中心在無外場時不重合，分子存在固有電偶極矩。合，分子存在固有電偶極矩。有極分子：有極分子：分子的正、負電荷中心在無外場時重合。分子的正、負電荷中心在無外場時

3、重合。不存在固有分子電偶極矩。不存在固有分子電偶極矩。無極分子：無極分子：-q+qp 在無外電場時，無論哪種電介質(zhì)，整體都呈現(xiàn)在無外電場時，無論哪種電介質(zhì)，整體都呈現(xiàn)電中性。電中性。(1). 無極分子電介質(zhì)的位移極化無極分子電介質(zhì)的位移極化 在外電場作用下，介質(zhì)外表在外電場作用下，介質(zhì)外表(甚至體內(nèi)甚至體內(nèi))出現(xiàn)凈電荷出現(xiàn)凈電荷稱極化電荷或束縛電荷的景象稱電介質(zhì)的極化。稱極化電荷或束縛電荷的景象稱電介質(zhì)的極化。 無極分子在外場的作用下正負電荷中心發(fā)生偏移而產(chǎn)生的極化稱為位移極化(或感應(yīng)極化)。二、電介質(zhì)的極化二、電介質(zhì)的極化分子的電偶極矩分子的電偶極矩p(2). 有極分子電介質(zhì)的取向極化有極分

4、子電介質(zhì)的取向極化 有極分子在外場中發(fā)生偏轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的極化稱為取向極化(或轉(zhuǎn)向極化。EpMe宏觀上，當(dāng)電介質(zhì)內(nèi)部存在電場時，兩類宏觀上，當(dāng)電介質(zhì)內(nèi)部存在電場時，兩類電介質(zhì)的產(chǎn)生的電偶極子效果一樣。電介質(zhì)的產(chǎn)生的電偶極子效果一樣。即都將沿著電場方向產(chǎn)生電偶極子的陳列。即都將沿著電場方向產(chǎn)生電偶極子的陳列。電場越強，陳列的越整齊，分子的電偶極電場越強，陳列的越整齊，分子的電偶極矩越大。當(dāng)然，電介質(zhì)內(nèi)部的電場超越某矩越大。當(dāng)然，電介質(zhì)內(nèi)部的電場超越某一限制后，電介質(zhì)被擊穿，成為導(dǎo)體。一限制后，電介質(zhì)被擊穿，成為導(dǎo)體。電極化強度矢量電極化強度矢量 是反映電介質(zhì)極化程度的物理量。是反映電介質(zhì)極化程度的物理

5、量。P定義：定義：VpPC m-2 三、電極化強度三、電極化強度真空中：真空中： 0P均勻極化：均勻極化： cP中，每個分子的電偶極矩的矢量和。中，每個分子的電偶極矩的矢量和。的單位，與面電荷密度一樣。請留意這點。的單位，與面電荷密度一樣。請留意這點。思索：假設(shè)為常矢量，即介質(zhì)被均勻極化，介質(zhì)內(nèi)閉曲面思索：假設(shè)為常矢量，即介質(zhì)被均勻極化，介質(zhì)內(nèi)閉曲面中的中的為多少？為多少？介質(zhì)被均勻極化，介質(zhì)內(nèi)無凈極化電荷。介質(zhì)被均勻極化，介質(zhì)內(nèi)無凈極化電荷。 實驗闡明：實驗闡明： 對于各向同性的電介質(zhì)，在對于各向同性的電介質(zhì)，在E0不太大不太大的情況下，有：的情況下，有：EPr0) 1(介質(zhì)內(nèi)的場強：介質(zhì)內(nèi)

6、的場強：EEE0極化電荷產(chǎn)生的附加電場極化電荷產(chǎn)生的附加電場上式闡明，的簡單比例關(guān)系，將比例系數(shù)寫上式闡明，的簡單比例關(guān)系，將比例系數(shù)寫成稍復(fù)雜的方式，是為了以后相對更重要的式子成稍復(fù)雜的方式，是為了以后相對更重要的式子表達方便。表達方便。四、電極化強度與極化電荷的關(guān)系四、電極化強度與極化電荷的關(guān)系 設(shè)一均勻電介質(zhì)薄片設(shè)一均勻電介質(zhì)薄片S、l置于電場置于電場E中，外表將出現(xiàn)極化電荷。中，外表將出現(xiàn)極化電荷。lqpSllqVpPPnncosPPeP 在均勻介質(zhì)中，在均勻介質(zhì)中， 極化電荷只出如今介質(zhì)外表極化電荷只出如今介質(zhì)外表或兩種介質(zhì)的分界面上?；騼煞N介質(zhì)的分界面上。普通情形：普通情形：為薄片

7、外表外法向單位矢量為薄片外表外法向單位矢量ne例：例： 思索：將介質(zhì)從中分開，能否分別正、負思索：將介質(zhì)從中分開，能否分別正、負極化電荷？極化電荷？ n P P 7-9 有電介質(zhì)時的高斯定理有電介質(zhì)時的高斯定理 電位移電位移真空中的高斯定理：真空中的高斯定理：iSqSE01d介質(zhì)中的高斯定理：介質(zhì)中的高斯定理：qqSES001d高斯定理中的是空間的總場，應(yīng)由自在電荷，高斯定理中的是空間的總場，應(yīng)由自在電荷，極化電荷極化電荷共同產(chǎn)生。共同產(chǎn)生。由于極化電荷在實驗實踐中，無法直接控制，直接運由于極化電荷在實驗實踐中，無法直接控制，直接運用上式不便。設(shè)法消取用上式不便。設(shè)法消取，平板電容器中充溢均勻

8、電介質(zhì)。平板電容器中充溢均勻電介質(zhì)。特例特例 設(shè)兩極板所帶自在電荷設(shè)兩極板所帶自在電荷的面密度分別為的面密度分別為 0，電介，電介質(zhì)兩外表上分別產(chǎn)生極化電質(zhì)兩外表上分別產(chǎn)生極化電荷，面密度為荷，面密度為 。 作一圓柱形閉合面，上下底面與極板平行，那么有：作一圓柱形閉合面，上下底面與極板平行，那么有： 21001dSSSESP222ddSPSSPSPSSSSSPSSEd11d010000dqSPES電位移電位移D矢量：矢量：PED00dqSDS有電介質(zhì)時的高斯定理有電介質(zhì)時的高斯定理 D線起始于正自在電荷，終止于負自在電荷線起始于正自在電荷，終止于負自在電荷在沒有自在電荷處不中斷。在沒有自在電荷

9、處不中斷。D線分布由線分布由 共同決議。共同決議。qq,0 電位移線與電場線電位移線與電場線由于線與自在和極化電荷有關(guān)，電介質(zhì)外表往往由于線與自在和極化電荷有關(guān)，電介質(zhì)外表往往存在極化電荷，所以線在電介質(zhì)外表不延續(xù)。而存在極化電荷，所以線在電介質(zhì)外表不延續(xù)。而線僅與自在電荷有關(guān)，與電介質(zhì)外表出現(xiàn)的極化線僅與自在電荷有關(guān)，與電介質(zhì)外表出現(xiàn)的極化電荷無關(guān)，所以線經(jīng)過介質(zhì)外表時延續(xù)。電荷無關(guān)，所以線經(jīng)過介質(zhì)外表時延續(xù)。可知，是作為輔助量引入的，它的出現(xiàn)，可知，是作為輔助量引入的，它的出現(xiàn)，闡明闡明:對閉曲面的通量僅與閉曲面內(nèi)的自在電荷對閉曲面的通量僅與閉曲面內(nèi)的自在電荷0有關(guān)，與極化電荷有關(guān)，與極化

10、電荷無關(guān)。無關(guān)。非常重要的概念。非常重要的概念。也給我們在對稱情況下計算也給我們在對稱情況下計算E帶來了帶來了方便。方便。無需思索極化電荷。無需思索極化電荷。真空中，真空中，高斯定理。高斯定理。由如何得到呢？由如何得到呢？關(guān)懷電場才是我們的目的。關(guān)懷電場才是我們的目的。介電常數(shù)介電常數(shù)是純數(shù)，是純數(shù)，單位同單位同，對詳細電介質(zhì)，會給出對詳細電介質(zhì)，會給出或或的高斯定理，可改寫為均勻極化的高斯定理，可改寫為均勻極化與真空中高斯定理比較一樣的分布，與真空中高斯定理比較一樣的分布，顯然，電介質(zhì)中的電場與無電介質(zhì)時的電場顯然，電介質(zhì)中的電場與無電介質(zhì)時的電場大小的關(guān)系大小的關(guān)系。解釋了開場電介質(zhì)實驗中

11、的景象。解釋了開場電介質(zhì)實驗中的景象。srssqqSdE00011ssqSdE0001由以上分析，在電介質(zhì)存在時，假設(shè)自在由以上分析，在電介質(zhì)存在時，假設(shè)自在電荷分布及電介質(zhì)對稱時，求空間的電場電荷分布及電介質(zhì)對稱時，求空間的電場，可以先由自在電荷的分布，利用的，可以先由自在電荷的分布，利用的高斯定理求出，再經(jīng)過高斯定理求出，再經(jīng)過的關(guān)系的關(guān)系求出。求出。例例 半徑為半徑為R1的導(dǎo)體球帶正電的導(dǎo)體球帶正電q0，被一外半徑為，被一外半徑為R2，內(nèi)半徑為內(nèi)半徑為R1 的均勻電介質(zhì)同心球殼包圍，相對介電的均勻電介質(zhì)同心球殼包圍，相對介電常數(shù)為常數(shù)為r。求：空間各處的場強，介質(zhì)內(nèi)的極化強。求：空間各處的場強，介質(zhì)內(nèi)的極化強度和介質(zhì)外表的極化電荷面密度。度和介質(zhì)外表的極化電荷面密度。解：解：qDrSDS24d24 rqDrDE02r0024rqE20034rqE R1 r R2：rR1R2