大物电磁学-第五章静电场中的电介质

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1、第五章静电场中的电介质125-1电介质对电场的影响5-2电介质的极化5-3D的高斯定理5-4电容器和它的电容本章目录5-5电容器的能量3一电介质对电场的影响相对电容率相对电容率电容率+++++++-------+++++++-------5-1电介质对电场的影响4二、电介质的电结构电介质绝缘体在外电场E内0每个分子带负电的电子（束缚电子）带正电的原子核一般分子内正负电荷不集中在同一点上所有负电荷负重心所有正电荷正重心分类重心不重合重心重合有极分子电介质无极分子电介质不导电（氢、甲烷、石蜡等）（水、有机玻璃等）5-2电介质的极化5电介质的电极化

2、与导体有本质的区别：电介质：导体：两种电介质放入外电场，其表面上都会出现电荷。电极化面束缚电荷（面极化电荷）6三、电极化现象(1)有极分子取向极化可见：E外强，端面上束缚电荷越多，电极化程度越高。(2)无极分子电中性位移极化感生电矩5-2电介质的极化7同样：E外强，p大，端面上束缚电荷越多，电极化程度越高。1º对均匀电介质体内无净电荷，束缚电荷只出现在表面上。2º束缚电荷与自由电荷在激发电场方面，具有同等的地位。说明8+++++++++++-----------：极化电荷面密度：分子电偶极矩：电极化强度-----+++++四、电极化强度矢量5

3、-2电介质的极化(1)的定义：单位体积内所有分子的电偶极矩矢量和9（2）与极化电荷的面密度的关系即：电介质极化时，产生的极化电荷面密度等于电极化强度沿表面的外法线方向的分量。（3）体束缚电荷与P的关系：即：封闭面内的体束缚电荷等于通过该封闭面的电极化强度通量的负值。10+++++++++++----------------+++++(4)与　的关系:11(5)电极穿—电介质的击穿当E很强时，分子中正负电荷被拉开自由电荷绝缘体导体电介质击穿电介质所能承受不被击穿的最大电场强度击穿场强例：尖端放电，空气电极穿E=3kv/mm注意：在给定电荷

4、分布的情况下，电场中不同的点通常会有不同的场强大小，击穿首先在场强最大的地方发生。12五、有电介质存在时的静电场的计算1、电位移矢量5-3D的高斯定理132、的高斯定理注意：①面内总自由电荷，面上总电位移。②用的高斯定理求与前面所学的用高斯定理求的方法完全相同。（同样的应用条件；在相同带电体的情况下，取同样的高斯面）在各向均匀同性的电介质中143、电场强度与电位移矢量之间的关系：介质的相对介电常数。：介质的介电常数（绝对介电常数）。点点对应关系15例1一半径为R1的带电导体球A，总电量，在它外面有一个同心的带电球壳B，其内外半径分别为R2和R3，

5、总电量Q。球体与壳之间充以两层各向均匀同性的介质，介电常数如图所示，分界面半径为R试求:此系统的16（1）分布（2）分布（3）分布17（1）分布球体内由于球体是导体，所以第一层介质内作与带电体同心、半径=的球面形高斯面则：根据电位移的高斯定理有18作与带电体同心、半径=的球面形高斯面则：根据电位移的高斯定理有第二层介质内球壳中与上同理可得19球壳外（2）分布球体内由于球体是导体，所以第一层介质内20第二层介质内球壳中注意：一般带电体中球壳外21（3）分布（自己完成）本章作业：5.25.35.105.135.1922例2一个带正电的金属球，半径为R，

6、电量为q，浸在一个大油箱中，油的相对介电常数为，求球外的电场分布以及贴近金属球表面的油面上的束缚电荷总量。23例3两块靠近的平行金属板间原为真空，使它们分别带上等量异号电荷直至两板上面电荷密度分别为和,而板间电压这时保持两板上的电量不变，将板间一半空间充以相对介电常数为=5的电介质，求板间电压变为多少？（忽略边缘效应）24六、电容器Condenser1电容C的定义孤立电容5-425例孤立的导体球的电容地球26按形状：柱型、球型、平行板电容器按型式：固定、可变、半可变电容器按介质：空气、塑料、云母、陶瓷等特点：非孤立导体，由两极板组成2电容器分类27

7、3电容器电容的计算（1）设两极板分别带电Q（3）求两极板间的电势差步骤（4）由C=Q/U求C（2）求两极板间的电场强度28例1平行平板电容器++++++------解29例2圆柱形电容器设两圆柱面单位长度上分别带电++++----解30平行板电容器电容++++----31例3球形电容器的电容设内外球带分别带电Q＋＋＋＋＋＋＋＋解32孤立导体球电容＋＋＋＋＋＋＋＋33常用电容器的电容(1)平行板电容器(2)柱形电容器(3)球形电容器34（2）在电压相同的情况下，电容C越大的电容器，所储存的电量越多。所以，电容是反映电容器储存电荷本领大小的物理

8、量。注意：它是仅仅由两导体的形状、尺寸以及两导体间电介质的种类决定的物理量。（1）电容与导体所带电量无关，35例4.半径都