电磁学_杨忠_电子教案第3讲

《电磁学_杨忠_电子教案第3讲》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、电磁学教案第三章：电介质本章前言教学目的和要求：1、理解电介质的极化、极化强度矢量的意义及其与极化电荷的关系，掌握介质中场强的讨论方法和计算方法2、理解P、E、D三者间的相互关系、掌握存在介质时用高斯定理求场强的方法。3、理解电容器的储能、电场的能量和能量密度。掌握电场能量的计算方法。重点：对极化、极化强度与极化电荷等概念的理解。难点：介质中利用高斯定理求场强主要内容：1、电介质的极化、极化强度与极化电荷、极化规律、介质中的场强2、电位移矢量，介质中的高斯定理电场的能量和能量密度总学时：6学时赤峰学院物理与电子信息工程系页码1电磁学教案课题：电介质的极化目的：理解电介质的极化过程、极化强

2、度矢量的意义及其与极化电荷的关系。课时：2课时内容：一、电介质与电偶极子⑴电介质（绝缘体）电子被束缚在其原子核的周围，只能在原子、分子范围内作微小的移动，这类物质不能导电，人们通常称之为绝缘体，又称为电介质。⑵电偶极子在外电场中所受的力矩电偶极子中的正、负电荷在外电场中所受的力构成一对力偶。其力偶距大小为：M=FLsinθ=qELsinθ=PEsinθ方向向外写成矢量式：MqLEPE式中PqL称为电偶极子的电偶极矩。二、极化的种类⑴分子的等效分子是成电中性的，分子中的正负电荷等量异号，可将其中的正电荷等效成一正点电荷，其中的负电荷也等效于一负点电荷，它们在分子中的位置称为正负电

3、荷的中心。这样，一个分子对外的电效应就相当于一电偶极子，其电偶极距为：PqL，其中Q为正电荷的电量，L为从负点电荷指向正点电荷的矢量。⑵电介质分子的分类电介质分子一般可分为两类。其中一类分子的等效电偶极距为零，即其等效的正点电荷和负点电荷重合在一起，称之为无极分子。如：H2、O2、N2等；还有一类分子其等效电偶极距不为零，即其等效的正点电荷和负点电荷并不重合在一起，称之为有极分子。如：H2O、H2S、CO等。但不论对哪种分子，对外都不显电性。赤峰学院物理与电子信息工程系页码2电磁学教案⑶电介质的极化极化：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，这种变化称之为极化对

4、于无极分子组成的电介质，在外电场的作用下，原来重合的等效正、负点电荷由于受相反的电场力将会发生位移而分开，此时每个分子的电偶极距P就不为零，其方向与外电场一i致，这种变化称为位移极化。如果电介质是均匀的，这样大量分子电偶极距的平均便在沿电场方向出现一附加的电偶极距，在宏观上，则电介质与外电场垂直的两个表面上出现了极化电荷，这些电荷不能离开电介质，也不能在电介质中自由移动，通常称之为极化电荷或束缚电荷。在外电场的作用下电介质出现极化电荷的现象，就是电介质的极化。由于电子的质量比原子核小得多，所以在外电场作用下主要是电子位移，因而无极分子介质的极化机制常称为电子位移极化。对于有极分子组成的电

5、介质，放入外电场时，每个分子的电偶极距由于受电场力距的作用而转向电场方向，但由于无规则热运动的干扰，分子的电偶极距不可能完全转到电场的方向，但电场越强，转到电场方向的程度也越大。这样大量分子电偶极距的平均便在沿电场方向也会出现一附加的电偶极距，在宏观上，则电介质与外电场垂直的两个表面上也会出现极化电荷，这种由于电偶极子的转向所造成的极化称为取向极化。应当指出，电子位移极化效应在任何电介质中都存在，而分子取向极化只是由有极分子构成的电介质所独有。但是，在有极分子构成的电介质中，取向极化的效应比位移极化强得多（约大一个数量级），因而其中取向极化是主要的。在无极分子构成的电介质中，位移极化则是

6、唯一的极化机制。但在很高频率的电场作用下，由于分子的惯性较大，取向极化跟不上外电场的变化，所以这时无论哪种电介质只剩下电子位移极化机制仍起作用，因为其中只有惯性很小的电子，才能紧跟高频电场的变化产生位移极化三、极化强度矢量虽然两类电介质极化的微观过程不同，但宏观的效果却是相同的。都是在电介质的两个相对表面上出现了极化电荷。为了描述电介质的极化程度，我们引入一个宏观量。赤峰学院物理与电子信息工程系页码3电磁学教案在电介质中任取一个物理无限小体积元△V，其中包含有大量的分子，在外电场作用下，每个分子电偶极距为P，且不为零，定义单位体积内分子电偶极距的矢量和为该点的极化i强度矢量。即：PiP

7、其中Pi为△V内所有分子电偶极距之矢量和V注意：⑴由于无限小体元对应于宏观点，故P是一个点函数。⑵单位：库/米2（C/m2）。若介质中各点的P相同，则称为均匀极化。四、极化强度与场强的关系电介质的极化是电场和介质分子相互作用的过程，外电场引起电介质的极化，而电介质极化后出现的极化电荷也要激发电场并改变原有电场的分布，重新分布的电场反过来再影响电介质的极化，直到静电平衡时，电介质便处于一定的极化状态。所以电介质中任一点的极化强度