有电介质存在时的静电场

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1、有导体、电介质存在时的静电场电磁学第二章理学院物理系——电磁学——静电场中的导体回顾：上次课主要内容回顾：上次课主要内容一、静电感应与静电平衡+-++++++++--------孤立导体——电磁学——静电场中的导体回顾：上次课主要内容回顾：上次课主要内容二、空腔导体与静电屏蔽空腔内无电荷外表E内内表=0=0空腔内有电荷外q内壁E内内q00=-q+q应用：静电屏蔽电介质及其极化3-2-2电源引言：电介质对静电场的影响引言：电介质对静电场的影响——电磁学——电介质及其极化电介质中，电荷被束缚，如何与电场相互作用？一、电介质的微观结构一、电介质的微观结构O2+-正电荷重心负电荷

2、重心正、负电荷重心重合无极分子H2O+-正、负电荷重心不重合有极分子正电荷重心负电荷重心±O2正电荷重心负电荷重心正、负电荷重心重合无极分子二、电介质的极化二、电介质的极化±+-±在电场中会怎么样？O2正电荷重心负电荷重心正、负电荷重心重合无极分子二、电介质的极化二、电介质的极化±+-二、电介质的极化二、电介质的极化H2O+-正、负电荷重心不重合有极分子正电荷重心负电荷重心等效在电场中会怎么样？二、电介质的极化二、电介质的极化H2O+-正、负电荷重心不重合有极分子正电荷重心负电荷重心等效二、电介质的极化二、电介质的极化E0位移极化+-+-+-+-+-+-+-+-+

3、-+-+-+-转向极化E0+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-——电介质在外电场的作用下，内部出现宏观电介质的极化：电偶极矩分布的现象。由于介质极化，正负电荷发生相对移动而出现的宏观电荷分布叫极化电荷，或束缚电荷.极化电荷：二、电介质的极化二、电介质的极化E0位移极化+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-转向极化E0+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-——电介质在外电场的作用下，内部出现宏观电介质的极化：电偶极矩分布的现象。均匀介质极化的结果——表面产生极化电荷；——体内产生退极化场。二、电介质的极化二、电介质的极化E0+-+-+-+-+-+-+-+-

4、+-+-+-+-ΔV宏观无限小定义：介质中点的极化强度在场强不太大时，对各向同性线性电介质，其极化规律：——是一个无量纲的纯数，与电场强度无关合电场极化率三、极化电荷与极化强度的关系三、极化电荷与极化强度的关系思考：由于极化，有多少电荷通过闭合曲面S移到V外？E0三、极化电荷与极化强度的关系三、极化电荷与极化强度的关系E0穿出闭曲面S的净电荷量：S面所围的体积内的极化电荷讨论1、若介质被均匀极化则介质内部极化电荷密度处处为零。三、极化电荷与极化强度的关系三、极化电荷与极化强度的关系讨论2、极化电荷面密度与极化强度有何关系？三、极化电荷与极化强度的关系三、极化电荷与极化强度的关系介质表面

5、面元的外法线方向讨论2、在两均匀介质交界面处，极化电荷面密度与极化强度有何关系？三、极化电荷与极化强度的关系三、极化电荷与极化强度的关系介质1介质2（1）在介质与真空界面（2）在导体与介质界面小结与比较小结与比较金属导体电介质（绝缘体）特征有大量的自由电子正、负电荷被束缚在分子范围内相对运动模型“自由电子气”电偶极子与电场的作用静电感应非极性：位移极化极性：转向极化宏观效果表面：内部：电位移矢量有介质存在的高斯定律2–3一、介质中的静电场一、介质中的静电场——导体、电介质中的静电场——电介质及其极化外电场E0总电场E极化电荷的附加场E’注意：决定介质极化程度的不是原来的外场E0，而是电

6、介质内实际的电场E。E’总是起着减弱极化的作用。各向同性、线性均匀电介质真空真空实验表明：合电场当电场不太大时一、介质中的静电场一、介质中的静电场——导体、电介质中的静电场——电介质及其极化注意：决定介质极化程度是电介质内实际的电场EE’总是起着减弱极化的作用。特例：平行板电容器内的电场-----++++++++++-----思考：如何“解锁”？一、介质中的静电场一、介质中的静电场——导体、电介质中的静电场——电介质及其极化[例1]求插在平行板电容器中的电介质板内的束缚电荷产生的电场，已知电介质的极化强度为P。+++++++-------一、介质中的静电场一、介质中的静电场——导体、电

7、介质中的静电场——电介质及其极化二、有介质存在时的高斯定律二、有介质存在时的高斯定律——导体、电介质中的静电场——有介质存在的高斯定律1、原因在有介质存在情况下，在外场作用下会发生极化，出现极化电荷分布。这些极化电荷分布是介质和外场相互作用的结果，通常是事前不知道的。电介质合电场极化电荷附加电场引入新的物理量2、解决方法而：——有介质时的高斯定律——电位移矢量二、有介质存在时的高斯定律二、有介质存在时的高斯定律——导体、电介质中的静电场——有介