電介質(zhì)與電場(chǎng)能量05xin.ppt

1、1、 電介質(zhì)：當(dāng)物體某部分帶電以后，電荷只停留在該 部分，而不能顯著地向其它部分分布。,一、 電介質(zhì)的極化,5.8 電介質(zhì)的極化及其對(duì)靜電場(chǎng)的影響,特點(diǎn)（1）介質(zhì)中的每個(gè)分子或原子內(nèi)的電子受原子 核的束縛很強(qiáng)，導(dǎo)致電子在介質(zhì)內(nèi)不能自 由移動(dòng)。 （2）每個(gè)分子整體呈中性，正負(fù)電荷分布在分子 占據(jù)的整個(gè)空間，但我們可以給出一個(gè)等效的 正電荷中心和負(fù)電荷中心。,2. 電介質(zhì)的分類及極化,(1) 電介質(zhì)的分類,電介質(zhì)的極化現(xiàn)象：在外場(chǎng)作用下，電介質(zhì)出現(xiàn)束縛 電荷的現(xiàn)象。,二、 電極化強(qiáng)度,極化強(qiáng)度矢量：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)分子電偶極矩的矢量之和,(2)束縛電荷分布與P 的關(guān)系,5.9 電位移矢量 電介質(zhì)中的高斯

2、定理,介質(zhì)中的高斯定理,設(shè):,（任何介質(zhì)）,電位移線：起始于正自由電荷終止于負(fù)自由電荷。與束縛 電荷無(wú)關(guān)。,電 力 線：起始于正電荷終止于負(fù)電荷。包括自由電荷和與 束縛電荷。,電位移線：方向與大小。,電位移線與電力線的區(qū)別,例1 一平行平板電容器充滿兩層厚度各為d1 和d2 的電介質(zhì)，它們的相對(duì)電容率分別為r1和r2 , 極板面積為S. 求:電容器的電容；,解:,例2 常用的圓柱形電容器，是由半徑為R1的長(zhǎng)直圓柱導(dǎo)體和同軸的半徑為R2的薄導(dǎo)體圓筒組成，并在直導(dǎo)體與導(dǎo)體圓筒之間充以相對(duì)電容率為r的電介質(zhì).設(shè)直導(dǎo)體和圓筒單位長(zhǎng)度上的電荷分別為+ 和- .求（1）電介質(zhì)中的電場(chǎng)強(qiáng)度、電位移和極化強(qiáng)度

3、；（2）此圓柱形電容器的電容,解（1）,（2）由（）可知,單位長(zhǎng)度電容,5.10 靜電場(chǎng)的能量,一 帶電系統(tǒng)的能量,在電荷相對(duì)移動(dòng)時(shí)，外力必須克服電荷間的 相互作用力而作功。由能量守恒及轉(zhuǎn)化定律可知，外力作功轉(zhuǎn)化為帶電系統(tǒng)所具有的電能。此電能分布在電場(chǎng)的空間內(nèi)，也就是電場(chǎng)的能量。,一帶電量為Q的帶電體，其帶電狀態(tài)是這樣建立的：不斷的把微小電量 dq，從無(wú)窮遠(yuǎn)處移到此帶電體上，一直到它帶有電量Q為止。當(dāng)移第一個(gè)微小電量時(shí)，物體原來(lái)不帶電，所以此時(shí) dq不受電場(chǎng)力的作用，當(dāng)移第二個(gè) dq時(shí)，外力將克服電場(chǎng)力做功：,外力克服電場(chǎng)力所做的總功為：,靜電力是保守力，所以外力所做的功等于帶電體所具有的靜電

4、能。,兩極板A和B分別帶有+Q和-Q，電勢(shì)差為UAB時(shí)，,二 電容器的靜電能,電容器的電容為C,當(dāng)兩極板上已分別帶有電荷+q和-q，如果再將dq從B板移到A板，外力克服電場(chǎng)力所做的功為：,全部過(guò)程中，外力所做的功為：,帶電電容器的靜電能W為：,又因?yàn)?三 電場(chǎng)的能量 能量密度,帶電系統(tǒng)形成的過(guò)程就是建立電場(chǎng)能量的過(guò)程，帶電系統(tǒng)的能量就是電場(chǎng)的能量。把計(jì)算電容器能量的公式用到平行板電容器時(shí)，有：,V是電容器內(nèi)電場(chǎng)空間所占的體積。,由此可見(jiàn)，電能儲(chǔ)存在電場(chǎng)中。電場(chǎng)是電能量的攜帶者。,平板電容器的場(chǎng)強(qiáng)是均勻分布的，所以電場(chǎng)能量也是均勻分布的。,定義：靜電場(chǎng)的能量密度為單位體積電場(chǎng)的能量。,這是一普遍適用的公式，在非均勻電場(chǎng)和變化的電場(chǎng)中仍然適用。,要計(jì)算任一帶電系統(tǒng)整個(gè)電場(chǎng)中所儲(chǔ)存的總能量，即：,例3：一個(gè)球半徑為R，體電荷密度為介質(zhì)球，介電常數(shù)為 ，試?yán)秒妶?chǎng)能量公式求此帶電球體系統(tǒng)的靜電能。,解：,例4 （1）計(jì)算：帶電量為Q，半徑為R的導(dǎo) 體球的靜電能.（球外真空） （2）在多大半徑的球面內(nèi)所儲(chǔ)存的能量 為總能