章静电场中的电介质.ppt

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1、第三章静电场中的电介质§3.1概述1.电场即可存在于真空之中，也可存在于介质之中。实验证明：电容器中放入电介质并给电容器充电，电介质内部就有了电场2.静电场的基本规律既适合于真空中的静电场也适合介质中的静电场。静电场的基本规律库仑定律库仑实验(宏观带电体)实物介质由分子和原子组成，实验证明库仑定律在原子核线度内仍然成立。但是，在核内情况还不清楚。把原子核整体和核外电子分别看作点电荷，这样就可把第一章的规律应用于介质内的静电场§3.2偶极子3.2.1电介质与偶极子有电介质c时静电计显示电压下降。+Q–QACBC+Q–QABC0在电容器AB

2、板中插入电介质（玻璃）C后会发现电压下降，电容变大。电介质（玻璃）是如何作用的，需知道分子极化。束缚电荷：电介质分子中不能发生宏观位移的带电粒子。电介质：是由大量电中性的分子组成的绝缘体。所谓电中性，是指分子中所有电荷的代数和为零。但从微观角度看，分子中各微观带电粒子在位置上不重合，因而电荷代数和为零并不意味着分子在电场的作用下没有反映。重心模型：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，分别叫做正负电荷的“重心”。（两个“重心”不一定重合）负电荷指向正电荷为电偶极子的正方向。轴距偶极子：由两个相距极近而且等值异号的点电荷

3、组成。3.2.2偶极子在外电场中所受的力矩定义电偶极距(偶极距、电矩)：则(b)当偶极子极矩P与外场E同方向时力偶矩为零，稳态。反平行时，为不稳定状态如图b力偶矩矢量为：（如图a）(a).。。.力偶矩的物理意义：力图使偶极子转到与外场强度一致的方向。(描述物体转动效果的物理量)3.2.3偶极子激发的静电场(1)偶极子在p的延长线上的场强得因为所以分母展开并略去二级小量（2）偶极子中垂面上的场强略去二阶小量小结：偶极子激发的静电场（2）偶极子中垂面上的场强（1）偶极子在p的延长线上的场强（3）偶极子在空间任一点的场强，用球坐标系表示电场线

4、与等势面垂直，指向电势降低的方向.电场强处等势面较密，电场弱处等势面较稀。电偶极子的电场线和等势面+q§3.3电介质的极化3.3.1位移极化和取向极化电介质的分类+__+2.无极分子(nonpolarmolecules):在无外场作用下整个分子无电矩(电偶极矩为零)。例如，CO2H2N2O2He，分子正负电荷“重心”重合。+1.有极分子(polarmolecules)：在无外场作用下存在固有电矩。例如，H2O，SO2因无序排列对外不呈现电性。分子正负电荷“重心”不重合。ll重心模型：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

5、，分别叫做正负电荷的“重心”。（两个“重心”不一定重合）有极分子无极分子分子热运动，各分子电偶极矩的取向杂乱无章，整个电介质宏观上对外呈电中性1.无电场时2.有电场时电介质的极化共同效果-----有极分子介质-----取向极化(orientationpolarization)边缘出现电荷分布无极分子介质-----位移极化(displacementpolarization)极化电荷或束缚电荷位移极化①位移极化(无极分子)主要是电子发生位移无外电场时，无极分子介质宏观上不呈电性E介质中各无极分子的正、负电荷中心发生相对位移，导致介质与外场垂

6、直的两端面出现正、负束缚电荷，称为电介质的位移极化。取向极化②取向极化(有极分子)由于热运动这种取向只能是部分的，遵守统计规律.使得无极分子介质宏观上不呈电性无外电场时，分子热运动导致介质与外场垂直的两E端面出现正、负束缚电荷，称为电介质的取向极化。趋向方向，介质中各有极分子受转动力矩作用，其电矩M力偶矩的物理意义：力图使偶极子转到与外场强度一致的方向。(描述物体转动效果的物理量)极化电荷：(束缚电荷)在外电场中，均匀介质内部各处仍呈电中性，但在介质表面要出现电荷，这种电荷不能离开电介质到其它带电体，也不能在电介质内部自由移动。我们称它

7、为束缚电荷或极化电荷。它不象导体中的自由电荷能用传导方法将其引走。在外电场中出现束缚电荷的现象叫做电介质的极化。电介质的极化:3.3.2极化强度定义：电介质的单位体积中分子电矩的矢量和单位：库仑/米2(C/m2)，其量纲与面电荷密度的量纲相同式中代表内第个分子的偶极矩，求和遍及内所有分子。极化强度定义的是宏观矢量场，对微观无意义。各点极化强度相等时是均匀极化，真空时极化为零。极化强度：描述介质在外电场作用下被极化的强弱程度的物理量。3.3.3极化强度与场强的关系实验表明：多数电介质中每点的极化强度与该点场强有如下关系：各相同性电介质：极

8、化强度与该点的场强方向无关，各点极化强度相同的电介质各相同性的线性电介质：每点的极化率与场强无关的各相同性线性电介质。其中为极化率，是表征介质性质的物理量。上式表明各点的极化强度与该点的场强方向相同§3.4