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(gè)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(gè)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(chǎng)后

2、，在電場(chǎng)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(gè)電偶極子，它們的等效電偶極矩P的方向都沿著電場(chǎng)的方向。第五頁，共23頁。電介質(zhì)的兩個(gè)和外電場(chǎng)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(dòng)，我們稱之為極化電荷。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(duì)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(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)方向趨于一致。無外電場(chǎng)時(shí)，有極分子電偶極矩取向不同，整個(gè)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(chǎng)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(shí)還會(huì)產(chǎn)生位移極化，但是，對(duì)于有極分子電介質(zhì)來說，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(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)部有沿電場(chǎng)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(chǎng)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(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(chǎng)。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(chǎng)第十四頁，共23頁。9-5電介質(zhì)中的靜電場(chǎng)空間任一點(diǎn)的合場(chǎng)強(qiáng)E應(yīng)該是外電場(chǎng)總電場(chǎng)極化電荷所激發(fā)電

5、場(chǎng)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(chǎng)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(gè)電場(chǎng)的情況下，電介質(zhì)內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)E為場(chǎng)強(qiáng) 的 倍 。兩極板間的電勢(shì)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(shí)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(chǎng)強(qiáng)減弱為外場(chǎng)的 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(chǎng)放入電介質(zhì)球前的均勻電場(chǎng)第二十一頁，共23頁。放入介質(zhì)球后球內(nèi)外空間合場(chǎng)強(qiáng)