導(dǎo)體電介質(zhì)和磁介質(zhì)之電介質(zhì)的極化

1、導(dǎo)體電介質(zhì)和磁介質(zhì)之電介質(zhì)的極化第1頁，共12頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)19分，星期三由于每個(gè)分子的電偶極矩都沿著外電場方向整齊排列，所以整塊電介質(zhì)的分子電偶極矩的矢量和不為零。在電介質(zhì)內(nèi)部任取一個(gè)體積元(該體積元宏觀無限小，即宏觀上可看作一點(diǎn)；微觀無限大，即微觀上包含大量的電介質(zhì)分子)，該體積元內(nèi)分子電偶極矩的矢量和p分一般不為零，從而產(chǎn)生一個(gè)附加電場。這種由于正負(fù)電荷中心相對位移而引起的極化稱為位移極化。對于無極分子構(gòu)成的電介質(zhì)，在外電場E0的作用下，無極分子中的正，負(fù)電荷受到的電場力方向相反，“中心”產(chǎn)生相對位移，形成電偶極子，電偶極矩的方向沿著E0的方向，p分 0。范例11.3

2、電介質(zhì)的極化(1)說明由無極分子組成的電介質(zhì)的極化過程。(2)說明由有極分子組成的電介質(zhì)的極化過程。比較電介質(zhì)的極化與導(dǎo)體的靜電感應(yīng)。第2頁，共12頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)19分，星期三但是在電介質(zhì)的表面產(chǎn)生了凈余電荷層，這種電荷稱為束縛電荷(極化電荷)。這種電荷不能在電介質(zhì)內(nèi)部自由移動(dòng)，更不能離開電介質(zhì)轉(zhuǎn)移到其他帶電體上去，只能被束縛在介質(zhì)的表面上。如果電介質(zhì)是均勻的，在電介質(zhì)內(nèi)部任取一個(gè)體積元，其中正負(fù)電荷的數(shù)目是相等的，即均勻電介質(zhì)內(nèi)部處處呈電中性。范例11.3 電介質(zhì)的極化(1)說明由無極分子組成的電介質(zhì)的極化過程。(2)說明由有極分子組成的電介質(zhì)的極化過程。比較電介質(zhì)的極化與

3、導(dǎo)體的靜電感應(yīng)。第3頁，共12頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)19分，星期三在無外電場時(shí)，電介質(zhì)中無極分子正負(fù)電荷的“中心”是重合的。第4頁，共12頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)19分，星期三加了外電場之后，正電荷沿著電場線的方向產(chǎn)生微小的位移，負(fù)電荷逆著電場線的方向產(chǎn)生微小的位移，形成電偶極子，在電介質(zhì)的表面出現(xiàn)凈電荷。第5頁，共12頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)19分，星期三外電場越強(qiáng)，正負(fù)電荷的距離越大，電偶極矩也越大，表面的極化電荷也越多。第6頁，共12頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)19分，星期三對于由有極分子構(gòu)成的電介質(zhì)，在沒有外電場E0時(shí)，有極分子的電偶極矩p分 0。由于分子

4、做無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)，各分子電矩的取向雜亂無章，在電介質(zhì)的內(nèi)部任取一個(gè)體積元，其分子電偶極矩的矢量和p分 = 0，整塊電介質(zhì)是電中性的。解析(2)無外場時(shí)，分子的正，負(fù)電荷中心不重合的分子稱為有極分子，例如H2S，SO2，NH3等。范例11.3 電介質(zhì)的極化加上外電場E0后，分子受到電場力矩作用，轉(zhuǎn)向外電場方向，電偶極矩呈現(xiàn)一定的規(guī)則排列，導(dǎo)致整塊電介質(zhì)分子電偶極矩的矢量和不為零。(1)說明由無極分子組成的電介質(zhì)的極化過程。(2)說明由有極分子組成的電介質(zhì)的極化過程。比較電介質(zhì)的極化與導(dǎo)體的靜電感應(yīng)。第7頁，共12頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)19分，星期三由于分子電偶極矩轉(zhuǎn)向外電場方向而引起的

5、極化稱為取向極化。由于分子無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)，各個(gè)分子電矩方向并不都沿著E0的方向，但E0越強(qiáng)，p分沿E0方向的值就越大。在電介質(zhì)內(nèi)部位取一體積元，該體積元內(nèi)分子電偶極矩的矢量和p分一般不再為零，從而產(chǎn)生附加電場。范例11.3 電介質(zhì)的極化同樣，在電介質(zhì)表面分別出現(xiàn)正負(fù)極化電荷。在電介質(zhì)的極化過程中，通常兩種極化可以同時(shí)出現(xiàn)。它們的微觀過程不同，但是宏觀效果是一樣的：出現(xiàn)極化電荷，產(chǎn)生附加電場。因此，在對電介質(zhì)極化作宏觀描述時(shí)，沒有必要區(qū)別兩種極化。(1)說明由無極分子組成的電介質(zhì)的極化過程。(2)說明由有極分子組成的電介質(zhì)的極化過程。比較電介質(zhì)的極化與導(dǎo)體的靜電感應(yīng)。第8頁，共12頁，2022年

6、，5月20日，2點(diǎn)19分，星期三電介質(zhì)表面的面電荷是由靠近表面處分子中電荷的微觀位移形成的，是束縛電荷，不是自由電荷。均勻電介質(zhì)被外場極化的最終結(jié)果是電介質(zhì)表面產(chǎn)生了凈余的電荷層，而內(nèi)部不產(chǎn)生凈電荷，這與導(dǎo)體的靜電平衡類似。范例11.3 電介質(zhì)的極化電介質(zhì)的束縛電荷與導(dǎo)體上的感應(yīng)電荷都要產(chǎn)生附加電場E，它與外電場疊加形成合場強(qiáng)。在平衡時(shí)，介質(zhì)內(nèi)部的合場強(qiáng)不為零，而導(dǎo)體內(nèi)部的合場強(qiáng)處處為零。當(dāng)外電場很強(qiáng)時(shí)，電介質(zhì)分子中的正負(fù)電荷可能被拉開而形成自由電荷。當(dāng)自由電荷大量存在時(shí)，電介質(zhì)的絕緣性能就會破壞而變成導(dǎo)體這種現(xiàn)象稱為電介質(zhì)的擊穿。(1)說明由無極分子組成的電介質(zhì)的極化過程。(2)說明由有極分子組成的電介質(zhì)的極化過程。比較電介質(zhì)的極化與導(dǎo)體的靜電感應(yīng)。第9頁，共12頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)19分，星期三加了外電場之后，正電荷沿著電場線的方向產(chǎn)生微小的位移，負(fù)電荷逆著電場線的方向產(chǎn)生微小的位移，形成電偶極子，在電介質(zhì)的表面出現(xiàn)凈電荷。在無外電場時(shí)，由于熱運(yùn)動(dòng)的緣故，電介質(zhì)中有極分子的電偶極矩的排列是雜亂無章的。第10頁，共12頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)19分，星期三加了外電場之后，電偶極矩向外電場方向