第 15 章 静电场中的电介质.ppt

《第 15 章 静电场中的电介质.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在PPT专区-天天文库。

1、海南大学HaiNanUniversity第15章静电场中的电介质第15章静电场中的电介质一、电介质对电场的影响二、电介质的极化三、D的高斯定律四、电容器和它的电容五、电容器的能量海南大学HaiNanUniversity一、电介质对电场的影响电介质也即绝缘体特点是分子中正负电荷束缚得很紧，内部几乎没有自由电荷，不导电，但在电场中会受到电场的影响，反过来也会影响原有电场的分布。海南大学HaiNanUniversity一、电介质对电场的影响1.实验事实金属平板两极板间的电压为U0，此时维持极板上的电荷Q不变，使两极板间充满均匀的各向同性的电介质，由实验

2、可测得两极板间电压。海南大学HaiNanUniversity一、电介质对电场的影响2.相对介电常数（相对电容率）r是一个没有单位的、大于1的纯数，称为电介质的相对介电常数或相对电容率，是表征电介质电学性质的。海南大学HaiNanUniversity一、电介质对电场的影响3.对电场的影响把两边同除以d,有即海南大学HaiNanUniversity一、电介质对电场的影响上式表明：插入电介质后两极板间电压减少，电场减弱。电场减弱的原因可用电介质与外电场的相互影响，从微观结构上来解释。海南大学HaiNanUniversity1.电介质的内部结构（1）电

3、偶极子（电矩）二、电介质的极化-q+q海南大学HaiNanUniversity有极分子∶分子正负电荷中心不重合，分子电矩不为零---固有电矩。（2）电介质分类无极分子∶分子正负电荷中心重合，分子电矩为零。-q+q（根据分子正负电荷中心是否重合划分）无极分子甲烷分子CH4水分子H2O有极分子H+H+O2-有极分子无极分子无电场时：热运动---紊乱电中性有电场时：电介质分子的极化位移极化取向极化产生感生电矩取向极化位移极化结论：极化的总效果是介质边缘出现电荷分布。称呼：由于这些电荷仍束缚在每个分子中，所以称之为面束缚电荷或面极化电荷。电介质内的电场强

4、度：充入电介质后，电场变弱。课堂思考：两极板带等量异号电荷。将板间一半空间充以某电介质，将电容器分成两部分，如图。试比较左右两部分：（1）电压大小；（2）电场强度大小；（3）极板上电荷面密度大小。答案：电压相等、电场强度相等、极板上左边电荷面密度大。2.极化强度矢量在电介质中单位体积内分子电矩的矢量和单位：库仑/米2(C/m2)，其量纲与面电荷密度的量纲相同。海南大学HaiNanUniversity对非极性分子构成的电介质，其中n表示电介质单位体积内的分子数。海南大学HaiNanUniversity3.电极化强度与电场的关系对各向同性的电介质，当

5、电场不太强时，试验表明：其中叫做电介质的电极化率。海南大学HaiNanUniversity4.面束缚电荷+q-qdS海南大学HaiNanUniversity以非极性分子电介质为例：在介质中取一斜柱，长为l，底面积为dS，则斜柱内的分子数：由于极化而穿过dS面的总正电荷为:5.体束缚电荷由于极化而穿过整个封闭面S向外的电荷应为留在封闭面S内的体束缚电荷应为：海南大学HaiNanUniversity+q-qdS由于极化而穿过dS面的总正电荷为：6.电介质击穿当外电场过强时，电介质分子中的正负电荷有可能被拉开而变成可以自由移动的电荷，电介质变成导体

6、。这种现象叫电介质击穿。一种电介质材料能承受的不被击穿的最大电场强度，叫做这种电介质的介电强度或击穿场强。海南大学HaiNanUniversity自由电荷三、D的高斯定律1.电介质存在时的总电场并且总电场和束缚电荷相互影响。束缚电荷则，有电介质存在时的总电场海南大学HaiNanUniversity2.电介质存在时的高斯定律海南大学HaiNanUniversity而所以海南大学HaiNanUniversity令则有称为电位移矢量称为D的高斯定律。所以而电介质的介电常数或电容率。海南大学HaiNanUniversity其中：例题：导体球带电q，半径为

7、R1，球外被同心均匀电介质球壳包围。介质球壳外半径为R2,相对电容率为，介质球外为真空。求（1）介质球内、外的电场强度；（2）介质球内、外的极化电荷面密度。解：由对称性知，电场中各点的矢量方向均沿径向，的大小具有球对称性。（1）在介质球壳内作一半径为r的高斯球面（如图），则：由D的高斯定理在介质球壳外作一半径为r的高斯球面S由D的高斯定理（2）在介质球内靠近金属球处极化电荷产生的电场：总的电场为：自由电荷产生的电场：由于：解得：空隙中介质中两极板间已知真空时充电电压插入介质板切断电源后极板面积高斯面高斯面解法提要极板带自由电荷电量自由电荷面密度空

8、隙中空隙介质中介质水电荷常常储存在何处？储存在导体上将要储存的电荷传给导体后，电荷分布于导体表面。只要导体不与其他导体接触，电荷不会流失