電介質(zhì)及其極化完整

1、電介質(zhì)及其極化完整第一頁，共23頁。一、有極分子和無機(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)。在靜電問題中，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)電荷中心不重合。ClHpHHPoNHHHP第二頁，共23頁。+有極分子的等效電偶極矩：整個電介質(zhì)可以看成是無數(shù)的點(diǎn)偶極子的聚集體。雖然每個分子的等效點(diǎn)偶極矩不為零，但不管從電介質(zhì)整體來看，還是從電解質(zhì)的某一小體積來看，電解質(zhì)是呈中性的。第三頁，共23頁。無極分子：分子的正電荷中心與負(fù)電荷中心重合。無極分子的等效電偶極矩：無極分子電介質(zhì)整體也是呈中性的。第四頁，共23頁。二、電介質(zhì)的極化1、無極分子的位移極化加上外電場后

2、，在電場力作用下電介質(zhì)分子的正負(fù)電荷中心不再重合，形成一個電偶極子，它們的等效電偶極矩P的方向都沿著電場的方向。第五頁，共23頁。電介質(zhì)的兩個和外電場強(qiáng)度 相垂直的表面層里，將分別出現(xiàn)正電荷和負(fù)電荷。這些電荷不能離開介質(zhì)，也不能在電介質(zhì)中自有移動，我們稱之為極化電荷。這種在外電場作用下，在電介質(zhì)中出現(xiàn)極化電荷的現(xiàn)象叫做電介質(zhì)的極化。由于無極分子的極化在于正、負(fù)電荷中心的相對位移，所以常叫做位移極化。第六頁，共23頁。2、有極分子的取向極化在外電場中有極分子的固有電矩要受到一個力矩作用，電矩方向轉(zhuǎn)向和外電場方向趨于一致。無外電場時，有極分子電偶極矩取向不同，整個介質(zhì)不帶電。第七頁，共23頁。有機(jī)

3、分子的極化就是等效電偶極子轉(zhuǎn)向外電場的方向，所以叫做取向極化。一般來說，分子在取向極化的同時還會產(chǎn)生位移極化，但是，對于有極分子電介質(zhì)來說，在靜電場作用下，取向極化的效應(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)理是取向極化。第八頁，共23頁。三、電極化強(qiáng)度上面從分子的結(jié)構(gòu)出發(fā)，說明了兩類不同的電介質(zhì)的極化過程，這兩類電介質(zhì)極化的微觀過程雖然不同，但宏觀的效果卻是相同的，都是在電介質(zhì)的兩個相對表面上出現(xiàn)了異號的極化電荷，在電介質(zhì)內(nèi)部有沿電場方向的電偶極矩。第九頁，共23頁。1、電極化強(qiáng)度矢量單位體積內(nèi)分子電偶極矩的矢量和電極化強(qiáng)度的單位是2、電極化強(qiáng)度與總場強(qiáng)的關(guān)系式中的比例因數(shù) 和電介質(zhì)的

4、性質(zhì)有關(guān)，叫做介質(zhì)的電極化率。第十頁，共23頁。 3、束縛電荷與電極化強(qiáng)度的關(guān)系：電偶極矩電偶極矩的矢量和因斜柱體的體積為 ，按定義，電極化強(qiáng)度P的大小為第十一頁，共23頁。上式表明，電介質(zhì)極化時產(chǎn)生的極化電荷的面密度，等于電極化強(qiáng)度沿外法線方向的分量。例9-4 半徑R 的介質(zhì)球被均勻極化，極化強(qiáng)度為P。求：1) 介質(zhì)球表面的分布；2) 極化電荷在球心處的場。第十二頁，共23頁。由此可知，右半球面上左半球面上2) 在球面上取環(huán)帶解：1) 球面上任一點(diǎn)第十三頁，共23頁。E 沿x軸負(fù)方向。在球心處的場第十四頁，共23頁。9-5電介質(zhì)中的靜電場空間任一點(diǎn)的合場強(qiáng)E應(yīng)該是外電場總電場極化電荷所激發(fā)電

5、場第十五頁，共23頁。一、平行板電容器均勻電介質(zhì)極板間電介質(zhì)中的合場強(qiáng)E的大小為+ + + + +-E第十六頁，共23頁。電介質(zhì)中的電極化強(qiáng)度為而 代入上式得第十七頁，共23頁。上式表明，在均勻電介質(zhì)充滿整個電場的情況下，電介質(zhì)內(nèi)部的場強(qiáng)E為場強(qiáng) 的 倍 。兩極板間的電勢差第十八頁，共23頁。設(shè)極板的面積為S,則極板上總的電荷量為 極板間充滿均勻電介質(zhì)后的電容為即電容為兩極板間是真空時電容 的 倍。第十九頁，共23頁。由式 得 和 有如下關(guān)系電介質(zhì)內(nèi)部場強(qiáng)減弱為外場的 這一結(jié)論并不普遍成立，但是電介質(zhì)內(nèi)部的場強(qiáng)減弱卻是比較普遍的。第二十頁，共23頁。二、均勻電介質(zhì)球處于均勻外電場放入電介質(zhì)球前的均勻電場第二十一頁，共23頁。放入介質(zhì)球后球內(nèi)外空間合場強(qiáng)