电磁学第三章节课件.ppt

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1、3.1电介质的极化电阻率很大，内部没有自由电荷不能导电。即绝缘体。分子中的正负电荷束缚的很紧，介质内部几乎没有可以移动的自由电荷。电介质的特点：电介质：电场电介质相互作用？+++++++-------+++++++-------一、法拉第实验：电介质对电场的影响介质与外场发生相互作用分析电压减少的原因说明电介质对电场的影响，可知它与外场的方向相反电介质表面出现了与极板异号的电荷极化电荷:电介质表面出现的这种电荷只能在分子范围内移动，与电介质是不可分离的，称为极化电荷，它是一种束缚电荷。电介质在外电场的作用下，其表面甚至内部出现极化电荷的现象称为电介质的极化。二、介质的微观结构：两类电介质分子

2、结构：分子的正、负电荷中心在无外场时重合，分子不存在固有电偶极矩。分子的正、负电荷中心在无外场时不重合，分子存在固有电偶极矩。(1).有极分子：-q+q=O--H+H+H2O(2).无极分子：=±C--H+H+H+H+H4C++-1.无极分子的位移极化±±±±±±±±±±±±±±±+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-E在进入外电场前，无极分子的正负电荷重心重合，没有电偶极矩进入外场后，在电场的作用下，正负电荷的重心发生位移，不再重合，形成电偶极子，表面出现束缚电荷。三、极化微观模型：这是极化是电荷重心相对位移的结果。称为位移极化2.有极分子的取向极化+-+-+-+-+-+-+-+

3、-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-EoFF进入外场后，分子受到力矩的作用发生偏转，电偶极矩转向外场方向。这种极化称为取向极化。进入外电场前有极分子就相当于一个电偶极子，只是由于热运动而排列无序。+-Eo四、极化强度矢量+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-Eo没极化：极化时：+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-1.定义：单位体积中分子电偶极矩的矢量和，即电介质极化后，在其内部任意一宏观体积内如何定量描述介质的极化？反映介质极化程度的物理量。微观量宏观量介质的体积元，宏观小微观大包含大量分子极化强度是一个宏观矢量的点函数其微观值无意义电介质

4、中量的每一点有唯一的极化强度，如果各点的相同，则称电介质在电场中均匀极化。极化后果：三者从不同角度定量地描绘同一物理现象——介质极化它们之间必然有联系，这些关系就是电介质极化遵循的规律2.电极化强度与介质中场强的关系：介质内的场强：实验表明：对于各向同性电介质，其中任一点处的电极化强度矢量与该点的总场强成正比。称为介质的极化率。极化率与场强无关的电介质为各向同性的线性电介质。+++---由于附加场的出现,空间各点的场强重新分布在电介质外部：有些区域附加场与外电场方向相同，该区域电场加强；有些区域附加场与外电场方向相反，该区域电场被削弱。一般情况下:退极化场在电介质内部：附加场与外电场方向

5、相反，削弱电介质内部的电场。3、总结极化规律分别表示自由电荷及其密度。极化而出现的宏观电荷叫做极化电荷；把不是由极化引起的宏观电荷叫做自由电荷。分别表示极化电荷及其密度,以无论是极化电荷还是自由电荷，都按第一章所讲的规律激发静电场。而以3.2极化电荷1.极化电荷体密度与极化的强度关系：设在均匀电介质中截取一斜柱体（以位移极化为例）,则其体积为：证明：对均匀极化的介质（不要求介质均匀），极化电荷的体密度为0.平行板内部充满均匀电介质--在外电场作用下被均匀极化2极化电荷面密度与极化强度的关系此式说明：均匀电介质表面产生的极化电荷面密度等于该处电极化强度沿表面外法线方向的投影。两种媒质都是电介

6、质3.3电介质中的静电场真空中的高斯定理：介质中的高斯定理：一、电位移矢量的通量——介质中的高斯定理这就是介质中的高斯定理。定义电位移矢量：即：在任何电场中，通过任一闭合曲面的电位移的通量，等于该曲面内所包围的自由电荷的代数和。称为有介质时的高斯定理。①.介质中的高斯定理虽然是从平板电容器这一特例推导出来，但是它具有普适性。②.介质中的高斯定理包含了真空中的高斯定理。说明：③.电位移矢量是一个辅助量。描写电场的基本物理量是电场强度。说明：电位移矢量是一个描述电场的辅助量，它由电场强度来确定。它与介质中的场强方向相同，单位为C/m2。二、电位移矢量和电场强度的关系对于各向同性的电介质：r称为

7、相对介电常数。称为介电常数。①.根据介质中的高斯定理计算出电位移矢量。②.根据电场强度与电位移矢量的关系计算场强。三、计算电介质中场强的步骤：定理的应用在自由电荷分布和介质分布都具有很高对称性时,该定理、　、　、[例1]R1R2半径R1、带电荷Q的金属球,置于同心介质球壳中,介质的相对介电常量为r.求介质中的场强分布及球壳内表面上总的束缚电荷.S解：高斯面S：半径为r的球面⑴球对称性：于是⑵[例2]平行