大学物理电介质(老师课件).ppt

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1、第12章静电场中的电介质本章讨论：电介质如何影响电场？电介质和电场的相互影响在电场作用下，电介质的电荷如何分布？如何计算有电介质存在时的电场分布？引言电介质(Dielectric)，就是绝缘体----无自由电荷，不导电。12.1电介质的极化（polarization）正负电荷中心不重合（水、有机玻璃等）正负电荷中心重合（氢、甲烷、石蜡等）在无外电场时1、电介质的分类：无极分子和有极分子电介质无极分子有电场位移极化2、电介质的极化无外电场——在外电场作用下，介质表面感生出束缚(极化)电荷的现象．+-微观机制：极化的宏观效果总是在电介

2、质表面出现电荷分布，称为极化电荷或束缚电荷。有极分子+-+q-q-++-+-无外电场有电场取向极化3、电极化强度(Polarizationintensity）—表征电介质极化程度宏观描述？电极化强度：电介质中某点附近单位体积内分子电偶极矩的矢量和单位：C/m2—面电荷密度？极化后每个分子的电偶极矩取宏观上无限小微观上无限大的体积元电偶极子排列的有序程度反映了介质被极化的程度定义排列越有序极化越强烈均匀极化：电介质内各处P都相同前后4、极化强度与极化电荷的关系(1)体束缚电荷EdSn电介质体内·考虑电介质体内面元dS处的极化·以

3、位移极化为例，设负电中心不动，·在电场作用下，正电荷沿电场方向发生位移l,·越过dS面元的总电荷（：介质分子数体密度）+-ldV=ldScos内所有分子的正电荷中心将越过dS面。ldVP·在电介质体内取任一封闭曲面S，则净穿出整个封闭面的电荷为q内dSPnS电介质体内·留在封闭面内的电荷为在电介质内任一闭合面S内的极化电荷与的关系可以证明：对均匀电介质，若电介质体内无自由电荷，则不管电场是否均匀，电介质体内都无束缚电荷。+-(2)面束缚电荷·若前述dS面元刚好在电介质表面上，即为电介质表面dS面积上的束缚电荷。·束缚电荷面密度

4、（单位面积上的束缚电荷）=dq/dS内Pn介质外法线方向单位矢量++++q--P-q--n·如图电介质5、电介质的极化规律实验表明：各向同性线性电介质,有介质的电极化率与无关(电极化强度P～总场强E)e无量纲的纯数介质性质,介质中的总场强(外电场＋束缚电荷电场)本课程中只讨论各向同性、线性电介质。——介质的相对介电常(相对电容率)——介质的介电常量(电容率)12.2有电介质时的高斯定理电位移矢量对于各向同性线性电介质:称为电位移矢量引入辅助矢量：则介质方程仍然成立①环路定理②高斯定理对高斯定理的几点说明：1、电位移

5、是为简化计算引入的辅助矢量。无物理意义2、式中虽不显含极化电荷，但已考虑极化电荷的影响。3、有介质时静电场的性质方程。普遍适用于任何电场，是麦克斯韦方程组中的方程之一。在静电场中，通过任一闭合面的电位移通量等于该面内所包围的自由电荷的代数和。各向同性线性电介质5、在解场方面的应用在具有某种对称性的情况下可以首先由高斯定理解出，再求思路讨论4、电场线起于任意正电荷而止于任意负电荷。电位移线起于正的自由电荷而止于负的自由电荷。ED解:均匀极化表面出现束缚电荷内部的场由自由电荷例12.1平行板电容器,自由电荷面密度为0，其间充满相对介

6、电常数为r的均匀各向同性线性电介质。求板内的场强。叠加共同产生和束缚电荷该式普遍适用吗？得单独产生的场强为单独产生的场强为均匀各向同性电介质充满两个等势面之间电介质中某点的场强<自由电荷在该点产生的场强，why?例12.2带电Q的导体球置于均匀各向同性介质中。求：1)场的分布;2)各介质表面处的极化电荷。R0R1R2Q解：1)场的分布导体内部<内<<内<<>Q2)求紧贴导体球的介质表面处的极化电荷^同样方法可解其它介质表面处极化电荷(自解)因为均匀分布，所以由该处得各向同性线性电介质均匀充满两个等势面间时思路例12.3一平行板电

7、容器充满两层厚度各为d1和d2、相对电容率分别为r1和r2的电介质，极板面积为S，两极板上自由电荷面密度为±0。求:(1)介质内的电位移和场强；(2)电容器的电容；(3)介质表面的极化电荷面密度。方向如图（2）r1r2解（1）面对称,介质中、垂直于平板,取底面积为S1的圆柱形高斯面（3）均匀各向同性电介质充满两个等势面之间或电容串联：AB以平行板电容器为例，来计算电容器的能量。+设在时间t内，从B板向A板迁移了电荷再将dq从B板迁移到A板，外力需作功极板上电量从0—Q,外力作的总功为12.3电场的能量一、电容器的储能（静

8、电能）·当电容器带电后，同时也储存了能量。充电过程：不断把微小电荷+dq从B移到A忽略边缘效应，对平行板电容器有电容器的储能公式电场中单位体积内的电能为外力作的功全部储存在电容器中,电容器储能:能量储存于场中二、电场能量密度不均匀电场中（适用于任何