【大学物理】静电场中的电介质

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1、§6.2静电场中的电介质电介质:不存在自由电荷，所有电荷都束缚在分子的范围内的物质。如绝缘体。实验U0QUQ结论++++++++++++++-------r-------U0QQUrr—电介质的相对介电常数r1由于U=Ed，电介质插入后电压U的减小实际上意味着两板间电场强度的减小，且有如下关系：E0E介质中电场减弱了，如何产生的？r6-2-1电介质的极化一电介质的极化无极分子电介质：（氢、甲烷、石蜡等）有极分子电介质：（水、有机玻璃等）二.极化机制1.无极分子的位移极化外场E0外场E000

2、E0p0p//E，Ep00+++++束缚电荷´+++++E+++++0+++++图示极化效果：端面出现束缚电荷EEE'02.有极分子取向极化+++++外场E00++E0时，热运动使p随机分布，介质不带电0外场++E00++++++E0pθE++++0++++E0时，p趋向平行E，且E束缚电荷000´图示极化效果：端面出现束缚电荷EEE'0电介质的击穿外电场不太强时，它只引起电介质的极化，不破坏其绝缘性能。外电强很强时，电介质分子中的正负电荷

3、可能被拉开而成为自由移动的电荷，使电介质的绝缘性遭到破坏而变成导体。——电介质的击穿击穿强度（介电强度）：某种电介质材料所能承受的不被击穿的最大电场强度。例1:一平行板电容器板间充满相对介电常数为r的电介质。求当它带电量为Q时，电介质两表面的面束缚电荷是多少？0解：电介质内部的电场σ'强度E'EE0E'E0E0σ'其中EE00000E0E由实验E00r11'(1)Q'(1)Q0rr6-2

4、-2*极化强度电极化强度SpPV+++++++++++------p:分子偶极矩P:电极化强度rP2lP的单位：Cm++++++-----------p'SlP'VSl'P表面极化电荷面密度n6-2-3有介质时的高斯定律q加入电介质(εr)EdS00S10Eds（q0内q内）0S0Eσ'0EdSdSSSr1qEdS0σ'0Sr0rS

5、0EdSSq0r00S令：DEE—介电常数0rDdSqS0有介质时的电位移矢量高斯定律讨论(1)电位移线由于闭合面的电位移+++++++++++++++++通量等于被包围的自---------由电荷，所以D线发r+++++++++自正自由电荷止于DE-----------------负自由电荷。(2)各向同性电介质:介电常数,为决定于电介质种类的常数DEE0r(3)D线和E线的区别：E线起源于任何正电荷或无穷远处终止于任何负电荷或无穷远处.D线起

6、源于正自由电荷或无穷远处终止于负自由电荷或无穷远处.D线E´线E线++E++++++++++++++++++++++++++++++++++有介质时静电场的计算1.根据介质中的高斯定理计算出电位移矢量。DdSqiS2.根据电场强度与电位移矢量的关系计算场强。DE例2：导体球置于均匀各向同性介质中,如图示.R2+Q0求电场的分布R0R1解DdSq内rSir12(rR0)4πrDQ0r2QQ00(RrR)D20124r4πr0r1Q10(RrR)ED4r21

7、20r2Q0(rR)(rR)E022040r例3半径为R1的长直圆柱导体和同轴的半径为R2的薄导体圆筒，并在直导体与导体圆筒之间充以相对电容率为的电介质.设直导体和圆筒单位长度上的r电荷分别为和.求（1）电介质中的电场强度、电位移；（２）内外筒的电势差．rR1R2解（1）DdSlD2πrllSDDE(RrR)122πr0r2π0rrR2drR2（2）UEdrlnR12πr2π0rR10r例4:一平行板，中间有两层厚度分别为d1和

8、d2的电介质，它们的相对介电常数分别为r1和r2，极板面积为S。求电势差。+o解：d1r1介质中高斯定理：d2r2-oDoDoDoE1E211or22orddUEdEdo121122or1r2§6.3电容器和它的电容一、电容器：•