大學(xué)物理課件：15-2 靜電場(chǎng)中的電介質(zhì)

1、1,一 電介質(zhì)對(duì)電場(chǎng)的影響 相對(duì)介電常數(shù),電介質(zhì)：,分子中的正負(fù)電荷束縛得很緊，介質(zhì)內(nèi)部幾乎沒(méi)有 自由電荷。,2,兩大類電介質(zhì)分子結(jié)構(gòu)：,分子的正、負(fù)電荷中心在無(wú)外場(chǎng)時(shí)重合，不存在固有分子電偶極矩。,1. 無(wú)極分子：,分子的正、負(fù)電荷中心在無(wú)外場(chǎng)時(shí)不重合，分子存在固有電偶極矩。,2. 有極分子：,3,二 電介質(zhì)的極化,在外電場(chǎng)的作用下，介質(zhì)表面產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象,在介質(zhì)表面產(chǎn)生的電荷稱為極化電荷或稱束縛電荷。,4,1.無(wú)極分子的位移極化,1）位移極化是分子的等效正負(fù)電荷作用中心在電場(chǎng)作用下發(fā)生位移的現(xiàn)象。,2）均勻介質(zhì)極化時(shí)在介質(zhì)表面出現(xiàn)極化電荷，而非均勻介質(zhì)極化時(shí)，介質(zhì)的表面及內(nèi)部均可出現(xiàn)極化電

2、荷。,5,2.有極分子的取向極化,有極分子在外場(chǎng)中發(fā)生偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生的極化稱為取向極化,2 束縛電荷與自由電荷在激發(fā)電場(chǎng)方面，具有同等的 地位。,1 對(duì)均勻電介質(zhì)體內(nèi)無(wú)凈電荷，束縛電荷只出現(xiàn)在表 面上。,6,外電場(chǎng)：,極化電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)：,介質(zhì)內(nèi)的電場(chǎng)：,擊穿：在強(qiáng)電場(chǎng)作用下電介質(zhì)變成導(dǎo)體的現(xiàn)象。,空氣的擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度約為：,礦物油的擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度約為：,云母的擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度約為：,7,3.電極化強(qiáng)度,電極化強(qiáng)度 是反映介質(zhì)極化程度的物理量。,沒(méi)極化：,極化時(shí)：,電極化強(qiáng)度定義：,e ：介質(zhì)的極化率,與電場(chǎng)強(qiáng)度E無(wú)關(guān)，取決于電介質(zhì)的種類,8,4. 電極化強(qiáng)度與極化電荷的關(guān)系：,設(shè)在均勻電介質(zhì)內(nèi)截取一斜柱體

3、，體積為dV。,由于極化而穿出dS的電量：,9,如果dS面正好是電介質(zhì)表面,分布在dS表面,均勻電介質(zhì)表面產(chǎn)生的極化電荷面密度等于該處電極化強(qiáng)度沿表面外法線方向的投影。,穿出S面的總電量：,10,極化電荷帶正電,極化電荷帶負(fù)電,【例15-6】求均勻極化的電介質(zhì)球表面上極化電荷 的分布。已知電極化強(qiáng)度為,11,三、有介質(zhì)時(shí)的高斯定理,封閉曲面S所包圍的自由電荷。,封閉曲面S所包圍的極化電荷。,12,定義電位移矢量：,介質(zhì)中的高斯定理： 在靜電場(chǎng)中，通過(guò)任意封閉曲面的電位移通量等于該曲面所包圍的自由電荷的代數(shù)和。,注意：,電位移矢量 是一個(gè)輔助量。描寫(xiě)電場(chǎng)的基本物理量是電場(chǎng)強(qiáng)度 。,單位：,13,

4、對(duì)于各向同性的電介質(zhì)：,r ：相對(duì)介電常數(shù), ：介電常數(shù),注：,是定義式，普遍成立。,只適用于各向同性的均勻介質(zhì)。,14,四、有介質(zhì)時(shí)靜電場(chǎng)的計(jì)算,1. 根據(jù)介質(zhì)中的高斯定理計(jì)算出電位移矢量。,2. 根據(jù)電場(chǎng)強(qiáng)度與電位移矢量的關(guān)系計(jì)算場(chǎng)強(qiáng)。,15,例1 把一塊相對(duì)介電常數(shù)r =3的電介質(zhì)，放在相距d=1 mm的兩平行帶電平板之間. 放入之前，兩板的電勢(shì)差是1 000 V . 試求兩板間電介質(zhì)內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度E ，電極化強(qiáng)度P ，電介質(zhì)的極化電荷面密度，電介質(zhì)內(nèi)的電位移D.,解,16,解: 如圖所示，過(guò)P點(diǎn)作一半徑為r并與金屬球同心的閉合球面S，由高斯定理知,例2 半徑為R的金屬球，帶電荷q,浸埋在均勻“無(wú)限大”電介質(zhì)（相對(duì)介電常數(shù)為 ），求球外任一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)。,17,在貼近金屬球外表面的油表面處 的電極化強(qiáng)度 為,油表面的極化電荷面密度為,整個(gè)油表面極化電荷為,18,例3 圖中是由半徑為R1的長(zhǎng)直圓柱導(dǎo)體和同軸的半徑為R2的薄導(dǎo)體圓筒組成，其間充以相對(duì)電容率為r的電介質(zhì). 設(shè)直導(dǎo)