第3章 静电场中的电介质ppt课件.ppt

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1、第3章静电场中的电介质主讲：叶华明1第3章静电场中的电介质目录§1概述§2偶极子§3电介质的极化§4极化电荷§5有电介质时的高斯定理§6有介质时的静电场方程§7电场的能量2§1概述导体中导体感应电荷，感应电场又反过来影响原电场，静电平衡。电介质电介质是绝缘体，不导电物体，在电场中怎样？真空中库仑定律基本规律{34§1概述深入到介质内部，许多物理量都涉及到微观值和宏观值的问题。宏观试验测量的是物理量的宏观值，宏观值是微观值在物理无限小体积中的平均值。真空中库仑定律基本规律{§2、偶极子一、重心模型电介质是由中性分子构成的，所谓中性，是分子正负电荷的代数和为零，而不是没有带

2、电粒子。由于分子内在力（原子核力等）的约束，电介质分子中的带电粒子不能发生宏观的位移，这些带电粒子称为束缚电荷。“重心模型”——当场点与分子的距离远大于分子的线度时，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，这两个几何点分别叫正、负电荷的“重心”（两个重心不一定重合）。5电偶极子——两个相距很近而且等值异号的点电荷组成的带电系统。电偶极子的电偶极矩：中性分子电偶极子二、电偶极子激发的静电场:（第1章已讲）任意点的场：分子偶极子6连线上的场：中垂线上的场：7三、偶极子在外电场中所受的力矩外场是指除偶极子的电荷以外的所有电荷激发的电场。1）先讨论均匀外电场的

3、情形如图，偶极子的两个点电荷受到的电场力等值反向，整个偶极子受到的合外力为零。但两个力的作用线不重合，偶极子将受到一个力偶矩，其大小为89三、偶极子在外电场中所受的力矩1）先讨论均匀外电场的情形力偶矩的方向垂直于纸面并指向读者。力偶矩矢量为说明：当外场一定时，偶极子所受力偶矩（大小方向）由唯一决定。力偶矩力图使偶极子的偶极矩转到与外场一致的方向。当与平行或反平行时，力偶矩为零。平行时为稳定平衡态，反平行时为不稳定平衡态。对于非均匀电场，偶极子除受力矩外还要受到一个合外力作用。因此，偶极子一般有平动和转动。10§3、电介质的极化一、位移极化和取向极化无极分子电介质：无外场

4、时，每个分子的正负电荷“重心”重合，分子偶极矩为零。（氢、甲烷、石蜡等）有极分子电介质：无外场时，每个分子的正负电荷“重心”不重合，分子偶极矩不为零。（水、有机玻璃等）1112有极分子无极分子1.无电场时宏观呈电中性热运动—杂乱排列—2.有电场时电介质发生极化—有极分子介质位移极化无极分子介质取向极化均匀均匀－＋－＋－＋－＋－＋－＋宏观呈电性13结论：极化的总效果是介质边缘出现电荷分布由于这些电荷仍束缚在每个分子中，所以称之为束缚电荷或极化电荷。二、极化强度—描述极化强弱的物理量:极化强度:分子偶极矩的单位：宏观上无限小，微观上无限大的体积元141、极化强度是量度电介质

5、极化程度和方向的物理量；2、是空间矢量点函数，只有均匀极化，电极化强度才是常矢；3、真空中电极化强度为零；4、介质均匀极化，分子数密度为n，则注意：1516三、极化强度与场强的关系1、各向同性介质实验显示：反映电介质每点的宏观性质，叫极化率；写为，其中叫做相对介电常数。各向同性：指介质沿各方向的电学性质相同，即外场沿不同方向作用时极化状态相同：A、极化程度相同，B、极化方向沿外电场方向。如果每点的与无关，则称为各向同性的线性电介质。各点的相同的电介质称为均匀电介质。我们研究的均为各向同性的线性电介质。172、各向异性介质极化强度与外场的关系与的方向有关；同一大小的场强如

6、果方向不同引起的的大小和方向也会不同。极化率一般是张量，不是常量，有个分量。在非线性光学中研究这种问题。18§4、极化电荷一、极化电荷由于介质极化而出现的宏观电荷。（1）电荷是微观粒子的一种属性，故强调宏观。（2）介质，宏观上不一定不带电，取物理无限小体元，在电场作用下，内可能出现宏观电荷。约定：表示极化电荷；表示自由电荷；19二、极化强度与极化电荷的关系在极化的介质内任意作一闭合面S。基本认识：1）S把位于S附近的电介质分子分为两部分，一部分在S内，一部分在S外；2）只有电偶极矩穿过S的分子对S内外的极化电荷才有贡献；或被S截为两段的偶极子才对极化电荷有贡献。201.

7、面元dS附近分子对面S内极化电荷的贡献在dS附近薄层内认为介质均匀极化以dS为底、长为l（偶极子正负电荷的距离）作斜圆柱。只有中心落在薄层内的偶极子才对面S内电荷有贡献。所以，21221.面元dS附近分子对面S内极化电荷的贡献分子数密度为n在dS附近薄层内认为介质均匀极化面内极化电荷的正负取决于；将电荷的正负考虑进去，得小面元dS附近分子对面内极化电荷的贡献为2.在S所围的体积内的极化电荷与的关系面内问题：面元的法线方向是如何规定的？233.极化电荷体密度S面包围的体积无限小时，该点的极化电荷体密度为：注意：均匀极化时电介质内部极化电荷