大学物理-多媒体课件_-04_静电场中的电介质.ppt

* 第五章 （Dielectric In Electrostatic Field） 静电场中的电介质 带静电的梳子吸引水柱 △§5.1 电介质对电场的影响 §5.2 电介质的极化 §5.3 有介质时静电场的规律 △§5.4 电容器及其电容 △§5.5 电容器的能量、有介质时的电场能量 *△§5.6铁电体 、压电效应 前言 本章目录 它们又对立、又依存； 但又常常并用。 前 言 电介质就是电的绝缘体。 在概念上电介质与导体构成一对矛盾体。 在实际应用中， 它们的作用正相反， 正如导体一样，研究电介质对电场的影响， 也是电学中的一个十分重要的问题。 书P127表5.1列出了某些电介质 ?§5.1 电介质对电场的影响 极板电量不变时，在极间充满各向同性均匀 +Q -Q E -Q +Q E0 ?r ? 介质的相对介电常数 （ relative dielectric constant） 它与介质种类和状态有关 钛酸钡?r=103—104。 真空 电介质 水（20℃， 1atm）?r=80， 的?r ， 电介质前后的场强关系为： 空气?r=1， 演示 极间电介质对电场的影响（KD018） §5.2 电介质的极化 介质在电场中出现附加电荷称极化（polarization） 一.电介质分子可分为有极和无极两类 1.有极分子（polar molecule）： 分子电荷的正、负“重心”分开， ? ? 极矩， 如:水， HCl，NH3 … 2.无极分子（nonpolar molecule）： 极矩。 分子电荷的正、负“重心”重合， ? 无固有电偶 具有固有电偶 。 如：He，Ne， CH4 … 二. 极化机制 1.位移极化（displacement polarization） 对无极分子 ? 2.取向极化（orientation polarization） 对有极分子 P P θ E ? ? E 对取向极化的说明： ?由于热运动， 不是都平行于 ； ?有极分子也有位移极化， 倒是主要的了。 三. 极化强度（electric polarization） 定义极化强度矢量： 这里?V?0是指宏观上够小，但微观上够大。 要是取向极化， 但在高频场中，位移极化反 不过在静电场中主 场强 E 不太强时，在各向同性介质内有： ? e — 电极化率（polarizability） P E 线性极化 0 四.极化电荷（polarization charge） 1.极化面电荷 以位移极化为例，设在电场力作用下正电荷 在各向异性介质内，一般地说 。 向电场方向移动。 等效 设 单位体积分子数为 n， 则 电介质 P + + + + σ ′ 电介质 ds ′ P + + + + σ n θ dq? 小柱体 l 不被抵消 电介质 P E 有抵消作用 2.极化体电荷： 称为 的“散度”（divergence）。 在直角坐标中 Δ q?内 ?V S 电介质 [例]已知：介质球均匀极化，极化强度为 求：??、?? 。 解： × P P σ ′ θ 带静电的梳子为什么能吸引水柱？ 电介质 q0 q? §5.3 有介质时静电场的规律 一. 的高斯定理 q内 q0内 ′ S 又 仍成立， 在有介质时， 因为与电荷有关，所以需要修改。 而高斯定理 令 称为电位移（electric displacement） — 的高斯定理 对各向同性介质 称介质的介电常数（电容率） （permittivity） 于是有 或称为电感（应）强度 电介质 ?r= const. 证： ?q?内 ?V S 证明各向同性均匀介质内?0=0处必有?? = 0。 ?例1? 均匀介质壳 ?r 求： 的分布。 解： 导体球内： 导体球外： 介质和电场球对称， 选高斯面 S，令其半径r R1， (高) 介质外： R1 · q0 O 导体球 R2 S r 介质内： 和均匀介质球壳R2 、?r [例2]已知： 导体球R1、qo 下面求极化电荷q? 的分布 ： 介质内部： 介质内表面： ?r R1 · q0 O R2 介质外表面： E 0 R1 R2 r 思考 为什么曲线不连续？ 二. 静电场的界面关系 1.界面的法向： （高） 2.界面的切向： （环） 1 2 1 2 *