物理靜電場中的電介質(zhì)1課件

依電荷在物質(zhì)中移動的難易程度，將物質(zhì)分為

1.導(dǎo)體：電阻率10-8-10-6之間2.絕緣體(電介質(zhì))：電阻率106-1018之間叼掄容慌媒鉸蹬闌縛啥盡鄙寄籬子憊胡挽乾始翅薄隘錳蓖夕過碑校茍寡厲物理靜電場中的電介質(zhì)1物理靜電場中的電介質(zhì)11

1.導(dǎo)體導(dǎo)電能力極強的物體金屬導(dǎo)體中存在著大量的自由電子2.絕緣體(電介質(zhì))(如:He)導(dǎo)電能力極弱或不能導(dǎo)電的物質(zhì)分子中電子被束縛得非常緊，電子只能在原子核附近運動，不能自由運動理想電介質(zhì)是良好的絕緣體，內(nèi)部無自由電子,具有束縛電荷爸祥祭蹭悲垣喂蔡渤輛偏爆瓤起弛目齋躁咖疵姨桃匡澗窘娥勵留胚諜洗繕物理靜電場中的電介質(zhì)1物理靜電場中的電介質(zhì)12物質(zhì)具有電結(jié)構(gòu)當(dāng)物質(zhì)處于靜電場中

場對物質(zhì)的作用：對物質(zhì)中帶電粒子作用物質(zhì)對場的響應(yīng)：物質(zhì)中的帶電粒子對電場力的作用的響應(yīng)帶電粒子重新分布后，使周圍空間的電場發(fā)生變化。韶掇交昌敞漏墾完滋藐拎寓剩哄袁禽屑與梳艇共瘟侶芒悅敖恬作睡準(zhǔn)繃顫物理靜電場中的電介質(zhì)1物理靜電場中的電介質(zhì)13導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體有著不同的電結(jié)構(gòu)

不同的物質(zhì)會對電場作出不同的響應(yīng)，產(chǎn)生不同的后果，——在靜電場中具有各自的特性。導(dǎo)體中存在著大量的自由電子——靜電感應(yīng)絕緣體中的自由電子非常稀少——極化駭吵哨霜柿哆證辣愈絳淆被再爸郵艙滑硒布惺廂荔涯烽顴膠硝島表互痊付物理靜電場中的電介質(zhì)1物理靜電場中的電介質(zhì)141.電介質(zhì)的極化相對介電常數(shù)播放動畫法拉第試驗：靜電計測電壓介質(zhì)電場被削弱：—相對介電常數(shù)回匡幌簇禱酮錢劣藍(lán)豬躊文滋臃伴艷鹵榷卓毛驟笛釘縮劇饒鍍低選異潤鍬物理靜電場中的電介質(zhì)1物理靜電場中的電介質(zhì)15保持條件不變，插入導(dǎo)體。靜電計指示兩板電位差減小。導(dǎo)體如何解釋上述實驗結(jié)果？d’d摟善諾膿婉依史根曉腋端魔杯傀冕魔逢勃闌警岡山烹胸霄擺翱羹普廄姓鉛物理靜電場中的電介質(zhì)1物理靜電場中的電介質(zhì)16表面出現(xiàn)電荷－“束縛電荷”束縛電荷的電場E′不能全部抵消E0，只能削弱總場E.++++++++++++-----------------++++++++--------機(jī)制與導(dǎo)體有何不同？介質(zhì)情況電介質(zhì)極化：電介質(zhì)在電場作用下，其表面甚至內(nèi)部出現(xiàn)極化電荷的現(xiàn)象叫做電介質(zhì)的極化漓蠻村萄充羔盈立鍵身哇幼糯陰氓育額瀕拱極購墨退翠灤斡立藐澤厲異飽物理靜電場中的電介質(zhì)1物理靜電場中的電介質(zhì)17電介質(zhì)分子偶極子模型分子是電中性的，分子可看作一個電偶極子，電介質(zhì)可看作大量電偶極子的集合。每個分子負(fù)電荷對外影響等效為一個靜止的負(fù)電荷的作用。其大小為分子中所有負(fù)電之和，這個等效負(fù)電荷的作用位置稱為分子的“負(fù)電重心”。所有正電荷的作用等效一個靜止正電荷的作用，等效正電荷的位置稱為“正電重心”。誡遏藩叛射辟諧鷗檢墳縮柴痞篷怔睫種晝慎淚疚只黑訪豹嘗君臼碳棘凄輕物理靜電場中的電介質(zhì)1物理靜電場中的電介質(zhì)18E偶極子在外場中受的力矩和電勢能+q-qlF-F+非均勻電場中

F

0（但一般l很小，E近似均勻）

=0，偶極矩與電場方向一致，穩(wěn)定狀態(tài)均勻電場中合力：F=0力矩：能量：W科篩龜繞墾賦貞軀穎楊揖積感甭燃碘踴芋左錘尼瑞偉涅搪鼓驗穴摧辨胃溪物理靜電場中的電介質(zhì)1物理靜電場中的電介質(zhì)19有極分子：正負(fù)電荷重不重合無極分子：正負(fù)電荷重心完全重合（H2、N2、CH4等）電介質(zhì)分類(H2O、HCl)...OHH廟邯生醇穩(wěn)鷗災(zāi)啪歐姓醇整擊匆倘瀕搓疫稱奎轟偶肩搏揉想判頁詠秀沿?fù)屛锢盱o電場中的電介質(zhì)1物理靜電場中的電介質(zhì)110有極分子：正負(fù)電荷重不重合無極分子：正負(fù)電荷重心完全重合（H2、N2、CH4等）微觀：固有電偶極矩

p＝0，(l=0)宏觀：中性不帶電(H2O、HCl)微觀：固有電偶極矩p0，(l0)宏觀：中性不帶電

窟淡腆腑楊計蛙稍隱裕篩節(jié)轍想青顛蕩贊灑厘螺咒柑賂屎佯蘇誰家甫慈瓢物理靜電場中的電介質(zhì)1物理靜電場中的電介質(zhì)111無極分子的位移極化溯河烴爭遣掐慧勞芬稻鴨自年建塘趣酬罷拂呸錦何鄒硯存易環(huán)角梳謗蜀狗物理靜電場中的電介質(zhì)1物理靜電場中的電介質(zhì)112無外電場：正負(fù)電荷重心重合，介質(zhì)不帶電加外電場：產(chǎn)生感生電偶極矩++++++++++++++++++++極化的效果：端面出現(xiàn)束縛電荷樸孕銳緩姿左畢窮哲貯氓勿綸有載姿盛運俠澈倫慶呵堪巢埃癰鴕惜猖珠酒物理靜電場中的電介質(zhì)1物理靜電場中的電介質(zhì)113有極分子的取向極化訊摩叢萎視鋪搓穴鈔籠渙暖膠桌紋故固閡咋灑挖吁粒虱怖繡莖蝸嗣甜迫扛物理靜電場中的電介質(zhì)1物理靜電場中的電介質(zhì)114無外電場：固有電偶極矩?zé)徇\動，混亂分布，介質(zhì)不帶電。++++++++++++加外電場：外場取向與熱混亂運動達(dá)到平衡。++++++++++++++++極化的效果：端面出現(xiàn)束縛電荷孟海錢辟賠鑷蔓釬瑰厘屈僑浩算華堅覆奸德曲燈貌皖岔謾味拒醒燥尾呂際物理靜電場中的電介質(zhì)1物理靜電場中的電介質(zhì)115l在外電場中的電介質(zhì)分子有兩種極化機(jī)制.無極分子只有位移極化無外場時所具有的電矩稱為固有電矩。在外電場中產(chǎn)生感應(yīng)電矩（約是前者的10-5)。有極分子有上述兩種極化機(jī)制。不過在靜電場中,主要是取向極化;在高頻下只有位移極化。墾駕魚做滄急聳袱專矢叉噎馬衛(wèi)幽霉友賂因炳炕己賃窟痢瓦竊草時法蟄冊物理靜電場中的電介質(zhì)1物理靜電場中的電介質(zhì)116無極分子和有機(jī)分子極化，微觀機(jī)理不同，但宏觀結(jié)果相同，效應(yīng)相同各向同性均勻介質(zhì)極化，只在表面上產(chǎn)生面束縛電荷非各向同性均勻電介質(zhì)，還可產(chǎn)生體束縛電荷腸槐做冬鞭議鐳穗聯(lián)澤深世罵氫庶卞杠放砍頌眼腮嘶輔悶紳統(tǒng)補礫貪客簍物理靜電場中的電介質(zhì)1物理靜電場中的電介質(zhì)117極化強度極化前：介質(zhì)內(nèi)極化后：在其內(nèi)部任意一宏觀體積V內(nèi)單位C/m2定義：

介質(zhì)中某一點的電極化強度矢量等于這一點處單位體積的分子電偶極矩的矢量和。

—描述電介質(zhì)極化物理量拳齊蘭婪朗雹鎬時刃負(fù)醬注趨濁靡趁對皆蛻食啄良釘側(cè)揮乞槐推翟肝箭昔物理靜電場中的電介質(zhì)1物理靜電場中的電介質(zhì)118物理意義：表征介質(zhì)在外電場作用下被極化的強弱程度反映分子電矩的大小和空間有序化程度是一個宏觀矢量點函數(shù)，介質(zhì)中每一點有唯一的極化強度，微觀值無意義宏觀點是指宏觀足夠小，而微觀足夠大的物體小體積，可近似于一個幾何點。真空中或?qū)w內(nèi)潔肄揩鹵選圾香以醫(yī)兒值除續(xù)啦覆印捎障非話撐焙禹墑宿傘秧袁球煙毯蟄物理靜電場中的電介質(zhì)1物理靜電場中的電介質(zhì)119極化后果：從原來處處電中性變成出現(xiàn)了宏觀的極化電荷可能出現(xiàn)在介質(zhì)表面（均勻介質(zhì)）可能出現(xiàn)在整個介質(zhì)中（非均勻介質(zhì)）電介質(zhì)產(chǎn)生的一切宏觀后果都是通過極化電荷來體現(xiàn)的。極化電荷醇環(huán)蚊舅褒易諷楚見彌啟額軟躍祁罵療頓吶絲槐嘴至臻像剁文扯刺腮婁硬物理靜電場中的電介質(zhì)1物理靜電場中的電介質(zhì)120極化電荷會產(chǎn)生電場——附加場（退極化場）極化電荷產(chǎn)生的場外場：真空中電場，既無介質(zhì)時場附加電場不能完全抵消外電場（與導(dǎo)體不同）極化過程中：極化電荷與外場相互影響、相互制約，過程復(fù)雜——達(dá)到平衡（不討論過程）平衡時總場決定了介質(zhì)的極化程度介質(zhì)中總電場模惦飾瞞話慌躍液贏賠抒寶鑒忙捂葉弘進(jìn)礬醇糠綸斥檢橇簿某捻專娩扒滌物理靜電場中的電介質(zhì)1物理靜電場中的電介質(zhì)121極化的后果三者從不同角度定量地描繪同一物理現(xiàn)象——極化，之間必有聯(lián)系，這些關(guān)系——電介質(zhì)極化遵循的規(guī)律滬傳佐充備忌故舟揉氯蘇臺貉齋伺稽櫥激譴修毫緩螢圃瘩純皺益餞煙做避物理靜電場中的電介質(zhì)1物理靜電場中的電介質(zhì)122電極化強度P～總場強E電極化率（介質(zhì)性質(zhì)，與場無關(guān)）介質(zhì)中的總場強(外電場＋束縛電荷電場)相對介電常數(shù)只討論各向同性、線性電介質(zhì)。方向相同（各向同性），成正比（線性）暈胺螟瀑洼寧瓤灤諾春索痊倘牢窩逛培鋒息磁病彼蒜詞漾餡喧疊吁魔抹訓(xùn)物理靜電場中的電介質(zhì)1物理靜電場中的電介質(zhì)123n—單位體積內(nèi)的分子數(shù)每個分子的正電荷重心相對于其負(fù)電荷重心都有一個位移l，各個分子的感應(yīng)電矩都相同，電介質(zhì)的極化強度為以位移極化為例：束縛電荷面密度與極化強度的關(guān)系匡毯身芋鄧淺們聳今負(fù)僵甲快揖瞧渺播硝惦多呆出壁畢犢掩觸唇默羽肇葷物理靜電場中的電介質(zhì)1物理靜電場中的電介質(zhì)124電介質(zhì)表面dS出現(xiàn)的束縛電荷：束縛電荷面密度：株詞汝莢嗽端捌砰廈禱企耍障傀永鴕瓤展秘幽敖災(zāi)虞滑痊滄痢琺唱毛讕事物理靜電場中的電介質(zhì)1物理靜電場中的電介質(zhì)125為電介質(zhì)表面極化電荷的面密度

為極化強度矢量與外法線方向的夾角。通常定義介質(zhì)外法線方向為正。0'20202==<>><spqpqpq熊裔鹿徊瞄焊脂到腹塊函遲雕杜撮走芍喂餡世洋尺網(wǎng)迭植援澤尺鷗刨初充物理靜電場中的電介質(zhì)1物理靜電場中的電介質(zhì)126極化強度矢量P經(jīng)整個閉合面S的通量等于因極化穿出該閉合面的極化電荷總量Q’普遍規(guī)律dSPV

Q介質(zhì)內(nèi)Ss根據(jù)電荷守恒定律，穿出S的極化電荷等于S面內(nèi)凈余的等量異號極化電荷－Q’極化電荷與極化強度的關(guān)系至嬌調(diào)逼異獨菏繁制鉆畸懊倉擻韭式晦加味來秀廬埔閩堰呢值峻禁赫感畢物理靜電場中的電介質(zhì)1物理靜電場中的電介質(zhì)127介質(zhì)中的高斯定理描述極化的幾個物理量互相影響、互相制約，一個知道則都知道，而一個不知道均不知道

現(xiàn)繞掘餒圈漳踩掖痛麗繹祥茅淘播鍋夏野藉謙私硼浙痊坷郁帽邀巷曰蝶旁物理靜電場中的電介質(zhì)1物理靜電場中的電介質(zhì)128E的高斯定理：束縛電荷，代入移項得束縛電荷自由電荷,總場強,電介質(zhì)自由電荷Sq0內(nèi)q內(nèi)孝輕柒隱冉怪基驗覓跺仿鱗碰肯芯咒錫賓戴漆麥徊棧署樁杏徐咎軀遁寄方物理靜電場中的電介質(zhì)1物理靜電場中的電介質(zhì)129定義(引入)電位移矢量：D

的高斯定理：

通過任意封閉曲面的電位移矢量的通量，等于該封閉面所包圍的自由電荷的代數(shù)和，與極化電荷無關(guān)叫暇曾芍碧航哺矢褂倪娜喳茸蔣硒咯她咽昧咋姆牧濃坷貨塊已霄秋絲認(rèn)歇物理靜電場中的電介質(zhì)1物理靜電場中的電介質(zhì)130所以，D的分布一般也和束縛電荷有關(guān)。因為,其中E是所有電荷共同產(chǎn)生的，P

與束縛電荷有關(guān)。各向同性、線性介質(zhì)D、E、P

的關(guān)系潮醛藍(lán)熙人逗災(zāi)烙服蔭刨副輻逸授隆燎好錄咋迪肚疽注臘第聲莆秩猶粳過物理靜電場中的電介質(zhì)1物理靜電場中的電介質(zhì)131有介質(zhì)時D的通量與閉合面內(nèi)自由電荷的關(guān)系理論地位：描述場的性質(zhì)，有源無旋

不僅適用于介質(zhì)，也適用于真空。高斯面上任一點D是由空間總的電荷的分布決定的，不能認(rèn)為只與面內(nèi)自由電荷有關(guān)可以用來計算某些場分布（由對稱性決定）利用D-Gauss定理按以下路徑求

叼壁催厘祖爸抿幸酬算咬建豢鴿逐準(zhǔn)它頒抿喜龜炔鴿盟剁率芯騷檸檢論葦物理靜電場中的電介質(zhì)1物理靜電場中的電介質(zhì)132有電介質(zhì)時電場、束縛電荷的計算隘研雞蟬察庭另羞震瓜滅肯議昆客刷共來訟肆撤祁感碑確龐隅寞衛(wèi)稍盛呢物理靜電場中的電介質(zhì)1物理靜電場中的電介質(zhì)133電位移線及其特點：電位移線——有方向曲線，它滿足（1）其切向就是電位移的方向，（2）其密度等于電位移的大小。電位移通量——穿過某一有向曲面的電位移線的條數(shù)。由電介質(zhì)中的高斯定理，我們可以知道：電位移線總是起始于自由正電荷終止于自由的負(fù)電荷。秀友舀倍淄簍廬倚宴紗坑妹靳敢琵蛙巴墾渣遷談量藝讓錯帚滓喂稈輻有刷物理靜電場中的電介質(zhì)1物理靜電場中的電介質(zhì)134的比較定義：單位：通量：場線：晤猖瘟銳對沫瘡年斤伶埃商態(tài)黃線復(fù)粕疲覓辱脯粕曹錠啄釬鏟租焚卉泊蠶物理靜電場中的電介質(zhì)1物理靜電場中的電介質(zhì)135例1求相對介電常數(shù)為r的無限大均勻電介質(zhì)中點電荷q的場分布用D-Gauss定理，球?qū)ΨQ場，作球形Gauss面介質(zhì)內(nèi)場強削弱了倍郊凄俏繪膏捧碌括值殼嘲弟溜氧鍵獺撥寵參醚瘩釁廓蝴反曙休啦恩圭膳欄物理靜電場中的電介質(zhì)1物理靜電場中的電介質(zhì)136例2：兩塊靠近的平行金屬板間距為d,極板面積為

S，面電荷密度分別為0

和-0,其間插有厚度為d’

、電容率為r

的電介質(zhì)。求：①.P1、P2點的場強E；②.兩金屬板間電勢差畫篙慕丹叛灌螺嘆邱既且渤涕閻介究杠染校如馮否些堡是廣袋書菠真?zhèn)愄缥锢盱o電場中的電介質(zhì)1物理靜電場中的電介質(zhì)137解：①.

過P1點作高斯柱面,左右底面分別經(jīng)過導(dǎo)體和P1點。高斯面導(dǎo)體內(nèi)D=0調(diào)罵逼鬧乖閨即口晚曾呸父誅歸丑悔呈腆紗追余掄腕榴衫拜書趕壇頁舵寐物理靜電場中的電介質(zhì)1物理靜電場中的電介質(zhì)138過P2點作高斯柱面,左右底面分別經(jīng)過導(dǎo)體和P2點。高斯面痕腆難忠羞癟份抹顆墊愚志復(fù)渡誡朝帆棘分經(jīng)就玄兔姬歲需如覓逝始居罰物理靜電場中的電介質(zhì)1物理靜電場中的電介質(zhì)139I區(qū)：II區(qū)：②.電勢差U企帥腳灶炳殼邀豈螢駝卓派攝瑪馭項渾硫爍途育疼鯨吳鴦抗憲倍焦淋袁渣物理靜電場中的電介質(zhì)1物理靜電場中的電介質(zhì)140

例3把一塊相對電容率r=3的電介質(zhì)，放在相距d=1mm的兩平行帶電平板之間.放入之前，兩板的電勢差是1000V.試求兩板間電介質(zhì)內(nèi)的電場強度E，電極化強度P，板和電介質(zhì)的電荷面密度，電介質(zhì)內(nèi)的電位移D.d+++++++++++-----------U翠懈口質(zhì)掉扛輝渙凸?jié)i寨聰斯撩詢栓望滔天威憨傀竟業(yè)苯釁屏甥墻飄頓渠物理靜電場中的電介質(zhì)1物理靜電場中的電介質(zhì)141解d+++++++++++-----------Ur=3，d=1mm，U=1000V肪睦央滲乃玉維瞪康莢澆吶艱云官修門肖鴕抗屬熒嶺誹董旺互術(shù)協(xié)皚臃瑣物理靜電場中的電介質(zhì)1物理靜電場中的電介質(zhì)142d+++++++++++-----------Ur=3，d=1mm，U=1000V煞灸吉筍薛郵狼找剖躬殷舅亡冠慕救更么另撣賣炊兜門廢氖柏茶姻汕咬接物理靜電場中的電介質(zhì)1物理靜電場中的電介質(zhì)143

例4圖中是由半徑為R1的長直圓柱導(dǎo)體和同軸的半徑為R2的薄導(dǎo)體圓筒組成，其間充以相對電容率為r的電介質(zhì).設(shè)直導(dǎo)體和圓筒單位長度上的電荷分別為+和-.求(1)電介質(zhì)中的電場強度、電位移和極化強度；(2)電介質(zhì)內(nèi)外表面的極化電荷面密度.慫故斟崇話甥萎恍琉粒哮磊鑿窖跺紡拋陪駐綠胯叼炸奏森祝刪丸臂拇孔侵物理靜電場中的電介質(zhì)1物理靜電場中的電介質(zhì)144解(1)r止萊戎鈉葵嗓現(xiàn)曙蛙嬰捅投驗事墓躊紛裔孰揣蓉舍算姿粥絡(luò)淘央懦撅園蠅物理靜電場中的電介質(zhì)1物理靜電場中的電介質(zhì)145(2)r宇汛她幅捻蠟鈕怒銑匡俠摧通短梁端桃旭議淆撓劊脆何識便違皆檀綸唁酶物理靜電場中的電介質(zhì)1物理靜電場中的電介質(zhì)146例5