极化电荷面密度电位移矢量课件.pptVIP

第3章静电场中的电介质

学习基本要求一了解电介质的极化及其微观机理，了解电位移矢量D的概念，以及在各向同性介质中，D和电场强度E的关系。二理解电介质中的高斯定理，并会用它来计算对称电场的电场强度。三了解静电场是电场能量的携带者，了解电场能量密度的概念，能用能量密度计算电场能量。

与导体不同，静止电荷激发的静电场可以存在于电介质内部，于是问题变得复杂。本章要讨论的正是电介质中的静电场。几个基本概念物理无限小体积：宏观看来足够小而微观看来足够大（包含大量分子）的体积。微观值：该量在媒质中各微观点上的值。宏观值：微观值在物理无限小体积中的平均值。

电介质是由中性分子构成的。电介质是电的绝缘体，它内部的自由电子很少。由于分子内有力的约束，电介质分子中的带电粒子不能发生宏观的位移，因而这些带电粒子被称作极化电荷(或束缚电荷)。然而，在外电场的作用下，这些带电粒子仍然可以有微观的位移，而且正如后面将要看到的那样，这种微观位移将激发附加的电场，从而使总电场改变。

当场点与分子的距离远大于分子的线度时，整个中性分子激发的电场就可以近似采用一种“重心模型”来计算。即可以认为分子中所有正电荷和所有负电荷分别集中于两个几何点上，这两个点分别叫做正、负电荷的“重心”。

两个相距很近而且等值异号的点电荷的整体叫做偶极子。很近的含义：场点与这两个点电荷的距离比两个点电荷之间的距离大得多。讨论偶极子在外电场中所受的力矩1、外电场为均匀电场的情形由力学可知这个力偶矩的大小为：其中l是偶极子两个点电荷联线的长度，θ是联线与场强E的夹角。

因为：(3.1)所以：力偶矩矢量M可用矢量叉乘的形式表示为：定义一个矢量：则：（3.2）（3.3）

矢量P叫做偶极子的电偶极矩（简称偶极矩或电矩）式（3.3）说明力偶矩M力图使偶极子的电矩P转到与外场E一致的方向上（图3－3b）。只有当P∥E时偶极子所受的力矩才为零。2、外电场不均匀的情形偶极子除受到力矩外还将受到一个外力，情况较复杂，在此不予讨论。

偶极子激发的静电场1、延长线上的场强表达式：2、中垂面上的场强表达式：点电荷场强与r的平方成反比，偶极子场强与r的立方成反比。这表明偶极子场强随距离增大的减弱比点电荷场强迅速得多。

3.1极化度电介质可以分成两类。无极分子：在第一类电介质中，每个分子的正、负电荷“重心”在没有外电场时彼此重合，因此与这分子等效的偶极子的偶极矩（今后简称为分子的偶极矩）为零。气态的H、2O、N、CO、CH分子及气态、液态的CCl分子都属于无22244极分子。有极分子：在第二类电介质中，每个分子的正、负电荷“重心”在没有外电场时并不重合，因此偶极矩并不为零。气态的HO、SO、NH、HS及液态的水、硝基苯、酯类、有机酸2232等分子都属于有极分子。

由于有极分子不断作无规则的热运动，各个分子偶极矩的方向杂乱无章，因此宏观看来不显电性。在外电场的作用下，无论是无极分子还是有极分子都要发生某种变化，这种变化叫做电介质的极化。电介质极化分为：位移极化和取向极化两种。（1）无极分子的位移极化机理（2）有极分子的取向极化机理

无极分子的位移极化机理在外电场E的作用下，无极分子中正、负电荷的“重心”向相反方向作一个微小的位移（如下图所示），两个“重心”不再重合，于是分子的偶极矩不再为零，其方向与场强E一致，其大小与E成正比。分子在外电场作用下的这种变化叫做位移极化。

有极分子的取向极化机理当外电场E存在时，每个偶极子将由于受到力偶矩而转向（这个力偶矩力图使每个偶极子的偶极矩转到与场强一致的方向）。如果每个有极分子的偶极矩都转到与场强一致的方向，这将是一种非常强烈的极化，这些偶极子激发的场强互相加强，其强度将非常可观。

极化度：+++++++++++------:分子偶极矩:极化度的位：++++++-----------表面极化荷面密度：成立条件？

3.2介容的响相容率+++++++-------+++++++-------容率相容率

3.3介中的极化荷与自由荷的系+++++++++++------++++++-----------

极化强度与场强的正比关系是一条实验规律，其关系为：电介质的极化率χ：取决于电介质的性质均匀电介质：电介质中各点的χ相同在各向异性介质（绝大多数的晶体）中，P与E的关系与方向有关，同一大小的场强如果方向不同，引起的极化强度也会不同。

3.4有介存在的高定理以充满介质的平行板电容+++++++++++器为例------++++++------