大学物理课件之电介质.ppt

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1、1、电介质：当物体某部分带电以后，电荷只停留在该部分，而不能显著地向其它部分分布。5.8.1电介质的极化5.8电介质的极化及其对静电场的影响特点（1）介质中的每个分子或原子内的电子受原子核的束缚很强，导致电子在介质内不能自由移动。（2）每个分子整体呈中性，正负电荷分布在分子占据的整个空间，但我们可以给出一个等效的正电荷中心和负电荷中心。2.电介质的分类及极化无极分子电介质：（氢、甲烷、石蜡等）有极分子电介质：（水、有机玻璃等）(1)电介质的分类无极分子：在无外场时,正负电荷中心重合的分子。有极分子：在无外场

2、时,正负电荷中心不重合的分子。（２）电介质的极化无极分子的位移极化：有极分子的取向极化：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ef＋f－Ef＋f－电介质的极化现象：在外场作用下，电介质出现束缚电荷的现象。5.8.2电极化强度1极化强度矢量：单位体积内分子电偶极矩的矢量之和:电极化强度:分子电偶极矩的单位：(1)定义：(2)束缚电荷分布与P的关系实验证明：在各向同性介质中在SI制中5.9电位移矢量电介质中

3、的高斯定理引入:则有介质中的高斯定理电位移矢量（均匀各相同性介质）与的关系设:（任何介质）电位移线：起始于正自由电荷终止于负自由电荷。与束缚电荷无关。电力线：起始于正电荷终止于负电荷。包括自由电荷和与束缚电荷。电位移线：方向与大小。电位移线与电力线的区别+++++-----++++----+-电力线电位移线+++++++++++-----------例1一平行平板电容器充满两层厚度各为d1和d2的电介质，它们的相对电容率分别为r1和r2,极板面积为S.求:电容器的电容；------+++

4、+++++++++------解:+++++-----+++++++++---------+++++-----例2常用的圆柱形电容器，是由半径为R1的长直圆柱导体和同轴的半径为R2的薄导体圆筒组成，并在直导体与导体圆筒之间充以相对电容率为r的电介质.设直导体和圆筒单位长度上的电荷分别为+和-.求（1）电介质中的电场强度、电位移和极化强度；（2）此圆柱形电容器的电容．解（1）真空圆柱形电容器电容（2）由（１）可知单位长度电容5.10静电场的能量一带电系统的能量在电荷相对移动时，外力必须克服电荷间的相互作

5、用力而作功。由能量守恒及转化定律可知，外力作功转化为带电系统所具有的电能。此电能分布在电场的空间内，也就是电场的能量。一带电量为Q的带电体，其带电状态是这样建立的：不断的把微小电量dq，从无穷远处移到此带电体上，一直到它带有电量Q为止。当移第一个微小电量时，物体原来不带电，所以此时dq不受电场力的作用，当移第二个dq时，外力将克服电场力做功：外力克服电场力所做的总功为：静电力是保守力，所以外力所做的功等于带电体所具有的静电能。两极板A和B分别带有+Q和-Q，电势差为UAB时储存的能量二电容器的静电能设电容器

6、的电容为C,任一时刻当两极板上已分别带有电荷+q和-q，如果再将dq从B板移到A板，外力克服电场力所做的功为：全部过程中，外力所做的功为：带电电容器的静电能W为：又因为+q-qdq三电场的能量能量密度带电系统形成的过程就是建立电场能量的过程，带电系统的能量就是电场的能量。把计算电容器能量的公式用到平行板电容器时，有：V是电容器内电场空间所占的体积。由此可见，电能储存在电场中。电场是电能量的携带者。平板电容器的场强是均匀分布的，所以电场能量也是均匀分布的。定义：静电场的能量密度为单位体积电场的能量。这是一普遍

7、适用的公式，在非均匀电场和变化的电场中仍然适用。要计算任一带电系统整个电场中所储存的总能量，即：例3：一个半径为R，体电荷密度为介质球，介电常数为，球外为真空。试利用电场能量公式求此带电球体系统的静电能。解：例4（1）计算：带电量为Q，半径为R的导体球的静电能.（球外真空）（2）在多大半径的球面内所储存的能量为总能量的一半？解（1）由高斯定理得（2）设离球心R0远的空间范围内所储存的能量是总能量的一半，即：可见：电场越强的地方，储存的能量越多。