静电场中的电介质(9).pdfVIP

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§7-8静电场中的电介质

电介质即绝缘体,电阻率大,导电能力差,

理想的电介质,完全不导电。

因为理想的电介质中,没有可以自由移动

的电荷,无论是原子中的电子,分子中的

离子,还是晶体点阵上的带电粒子,不能

自由移动,即使在外电场的作用下,也只

能在分子尺度的小范围内移动,宏观上表

现出不导电性能。

实验证明,均匀、各向同性的电介质〔讨论

限于此种电介质〕内部的场强为真空时场强

的1/r倍。

r称电介质的相对介电常数,并r>1

,纯数,说明电介质内部电场强度比真空时

的电场强度数值上要小。

分析原因:

涉及电介质的微观模型。

一、电介质的电结构

无极分子:分子的正、负电荷中心在无外场时重合。

不存在固有分子电偶极矩。

±

有极分子: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。

-q

p

+q

在无外电场时,无论哪种电介质,整体都呈现

电中性。

二、电介质的极化

在外电场作用下,介质外(甚至体内)出现净电荷〔

称极化电荷或束缚电荷〕的现象称电介质的极化。

(1).无极分子电介质的位移极化

无极分子在外场的作用下正负电荷中心发生偏移

而产生的极化称为位移极化(或感应极化)。

分子的电偶极矩p

(2).有极分子电介质的取向极化

有极分子在外场中发生偏转而产生的极化称为取向极

化(或转向极化〕。

宏观上,当电介质内部存在电场时,两类

电介质的产生的电偶极子效果相同。

即都将沿着电场方向产生电偶极子的排列。

电场越强,排列的越整齐,分子的电偶极

矩越大。当然,电介质内部的电场超过某

一限度后,电介质被击穿,成为导体。

三、电极化强度

电极化强度矢量是反映电介质极化程度的物理量。

定义:〔C·m-2〕真空中:

均匀极化:

⊿V中,每个分子的电偶极矩p的矢量和。

P的单位,与面电荷密度相同。〔请注意这点。〕

思考:假设P为常矢量,即介质被均匀极化,介质内闭曲面

中的q’为多少?

介质被均匀极化,介质内无净极化电荷。

介质内的场强:

极化电荷产生的附加电场

实验说明:对于各向同性的电介质,在E0不太大的

情况下,有:

上式说明P,E的简单比例关系,将比例系数写成

稍复杂的形式,是为了以后相对更重要的式子表达

方便。

四、电极化强度与极化电荷的关系

在均匀介质中,极化电荷只出现在介质外表

或两种介质的分界面上。

设一均匀电介质薄片〔S、l〕置于电场〔E〕

中,外表将出现极化电荷。

一般情形:

为薄片表面外法向单位矢量

例:

n-+

θ-+

-+-+

-+-+

-+-+P

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