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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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