高二物理競(jìng)賽電介質(zhì)對(duì)電場(chǎng)的影響 課件

第五章靜電場(chǎng)中的電介質(zhì)電介質(zhì)(絕緣體)：內(nèi)部沒(méi)有可以自由移動(dòng)的電荷，因而完全不能導(dǎo)電。電介質(zhì)在外電場(chǎng)的作用下會(huì)發(fā)生電極化現(xiàn)象，從而會(huì)反過(guò)來(lái)影響原電場(chǎng)的分布。本章主要內(nèi)容討論處于外電場(chǎng)中的電介質(zhì)的極化現(xiàn)象及其與外電場(chǎng)之間相互影響的規(guī)律。本章基本要求1.了解靜電場(chǎng)中電介質(zhì)的極化現(xiàn)象及其微觀本質(zhì)；理解有介質(zhì)時(shí)的高斯定理。2.理解電容的概念，會(huì)計(jì)算電容器的電容。3.了解有介質(zhì)時(shí)的電場(chǎng)能量的計(jì)算。+++++++-------+++++++-------電介質(zhì)的相對(duì)介電常量(相對(duì)電容率)1電介質(zhì)對(duì)電場(chǎng)的影響電介質(zhì)的插入使板間的電場(chǎng)減弱(2)分子內(nèi)正、負(fù)電荷重心是重合的，這類(lèi)分子稱(chēng)為非極性分子。如氦(He)、氫(H2)、甲烷(CH4)等。電矩：p=0b.非極性分子+1.當(dāng)非極性分子處在外電場(chǎng)中時(shí)，每個(gè)分子中的正、負(fù)電荷將分別受到相反方向的電場(chǎng)力F+

、F-

作用而被拉開(kāi)，導(dǎo)致正、負(fù)電荷重心發(fā)生相對(duì)位移

l

而成為一個(gè)電偶極子。E+lp感生電矩：其方向都沿著外電場(chǎng)的方向◆整塊的非極性分子電介質(zhì)在外電場(chǎng)作用下，在和外電場(chǎng)垂直的電介質(zhì)兩側(cè)表面上，分別出現(xiàn)正、負(fù)電荷層。注：這兩側(cè)表面上分別出現(xiàn)的正電荷和負(fù)電荷是和介質(zhì)分子連在一起的，不能在電介質(zhì)中自由移動(dòng)，也不能脫離電介質(zhì)而獨(dú)立存在，故稱(chēng)為面束縛電荷或面極化電荷。++++++2.當(dāng)有極分子電介質(zhì)在有外電場(chǎng)E0時(shí)，每個(gè)分子的固有電矩都受到力偶矩作用，要轉(zhuǎn)向外電場(chǎng)的方向。注意：由于分子熱運(yùn)動(dòng)的干擾，并不能使各分子電矩都循外電場(chǎng)的方向整齊排列。外電場(chǎng)愈強(qiáng)，分子電矩的排列愈趨向于整齊。Ep+◆整塊的極性電介質(zhì)在垂直于外電場(chǎng)方向的兩個(gè)表面上也出現(xiàn)面束縛電荷。注意：如果撤去外電場(chǎng)，由于分子熱運(yùn)動(dòng)，分子電矩的排列又將變得雜亂無(wú)序，電介質(zhì)又恢復(fù)電中性。++++++兩種電介質(zhì)，其極化的微觀過(guò)程雖然不同，但卻有同樣的宏觀效果：因此，在宏觀上表征電介質(zhì)的極化程度和討論有電介質(zhì)存在的電場(chǎng)時(shí)，就無(wú)需把這兩類(lèi)電介質(zhì)區(qū)別開(kāi)來(lái)，而可統(tǒng)一地進(jìn)行論述。2.電場(chǎng)越強(qiáng)，電場(chǎng)對(duì)介質(zhì)的極化作用越劇烈，介質(zhì)上出現(xiàn)的束縛電荷也就越多。1.

介質(zhì)極化后，都使得其中所有分子電矩的矢量和，同時(shí)在介質(zhì)上都要出現(xiàn)面束縛電荷；小結(jié)三.電極化強(qiáng)度矢量1.P：表征電介質(zhì)的電極化程度的物理量對(duì)于非極性分子而言，每個(gè)分子的感生電矩都相同，則P=npn：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)的分子數(shù)SI單位：C/m2

（與面電荷密度的單位相同）實(shí)驗(yàn)指出，對(duì)于各向同性的電介質(zhì)，其中每一點(diǎn)的電極化強(qiáng)度P

大小與該點(diǎn)的總電場(chǎng)強(qiáng)度E

大小成正比，且方向相同，即電介質(zhì)的電極化強(qiáng)度隨外電場(chǎng)的增強(qiáng)而增大。電極化率極化電荷的產(chǎn)生體積元dV

內(nèi)的分子的正電荷的重心都能越過(guò)dS

面到前側(cè)去。2.電極化強(qiáng)度P

與面束縛電荷的關(guān)系以非極性分子為例考慮電介質(zhì)內(nèi)部某一小面元dS

處的極化lEP由于極化而越過(guò)dS

面的總電荷為：將p=ql，P=np

代入得：表示：dS

面上因極化而越過(guò)單位面積的電荷極化電荷的產(chǎn)生lEP◆若面碰巧是電介質(zhì)的面臨真空的表面，則得到面