第三章静电场中的电介质

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1、§3.5有电介质时的高斯定理§3.2偶极子§3.3电介质的极化§3.4极化电荷§3.6有电介质时的静电场方程§3.7电场的能量§3.1概述第三章静电场中的电介质第三章静电场中的电介质微观值和宏观值的区别:微观值：它是指该量在介质中各微观点的值，有剧烈起伏宏观值：是微观值在物理无限小体积中的平均值，是一个平均效果。物理无限小:宏观看来很小，微观看来足够大（包含大量的分子和原子）电介质的概念：电介质也叫绝缘体；不允许电荷通过的物体。电介质的种类：气态：空气、氮气、氦气等。液态：油、纯水、漆等。固态（非晶体和晶

2、体）：玻璃、橡胶、陶瓷等。真空中的静电场规律是否适用于介质中的静电场？方法：把原子核整体及核外电子分别看作点电荷.§3.1概述第三章静电场中的电介质如图所示，在充电后脱离电源的平行板电容器里插入了厚度为t的金属板。求（1）电容量C=?（2）金属板与极板的远近对电容量C有无影响？+Q-QC0U0真空电容器+Q-QCU有电介质时实验3.2偶极子第三章静电场中的电介质电介质结构：中性分子构成，“晶胞”电中性：分子中所有电荷的代数和为零。束缚电荷：电介质中的带电粒子不能发生宏观位移，这些带电粒子称为束缚电荷。然而

3、这些带电粒子在外场作用下有微观位移，从而产生附加场，从而改变总场。电介质的“重心模型”：分子中所有正电荷和所有负电荷分别集中在两个几何点上，这两个几何点分别叫做正、负电荷的“重心”。（前提条件：场点与分子的距离远大于分子的线度）+偶极子：两个相距很近等值异号的点电荷的组成。3.2偶极子第三章静电场中的电介质(1)P只与偶极子所带的电量q和它们之间的距离有关(2)在电场一定时，力偶距T只由P决定(3)力偶距T力图使P转到与E一致的方向上电偶极子在均匀电场中受到的力偶矩的大小为讨论3.2偶极子第三章静电场中的

4、电介质电偶极子在延长线上和中垂面上一点产生的电场强度。解：OxP令：电偶极矩舍去二级小量3.2偶极子第三章静电场中的电介质Pr（2）模型比较：无限大平面----------点电荷--------q(标量)-----场具有球对称性偶极子--------p(矢量)-----场具有轴对称性（1）E与p成正比，与r的三次方成反比。空间任意一点还与有关。3.2偶极子第三章静电场中的电介质3.2偶极子第三章静电场中的电介质1、电介质的分类无极分子——电介质分子在无电场时的正、负电荷中心重合。偶极矩等于零。有极分子——

5、电介质分子在无电场时正、负电荷之中心不重合。偶极矩不等于零。§3.3电介质的极化第三章静电场中的电介质(2)有极分子的取向极化无序有序。2、电介质极化的分类(1)无极分子的位移极化§3.3电介质的极化第三章静电场中的电介质三、极化强度1、定义：单位体积内分子电偶极矩的矢量和。定量描写电介质极化程度的物理量。(宏观量)极化实质：不论哪一类电介质，极化意味着小体元内分子偶极矩矢量和从零变为非零。2、极化强度与总电场的关系总场强的单位：各向同性电介质中:§3.3电介质的极化第三章静电场中的电介质极化率：取决于电

6、介质的性质；反映电介质每点的宏观性质各向同性电介质：P与E的关系与方向无关的电介质。均匀电介质：各点的极化率都相等的各向同性电介质。§3.3电介质的极化第三章静电场中的电介质一、极化电荷1.如果说一个导体带电，是指导体失去或得到一些自由电子,因而整个导体所有带电粒子的电量的代数和不为0。2.有时一个导体电量的代数和为0（中性导体），在外场中出现等值异号电荷，我们也可以说它局部带电。导体带电的两种情况：如果说一块电介质在宏观上带电，这又指的是什麽呢？在这之前，我们知道电介质之间的互相摩擦，实现了电子转移，分

7、开后带电；其次电介质与带电导体接触带电。但是，若一块电介质电量代数和为0，能否实现宏观带电？？？§3.4极化电荷（polarizationcharge)第三章静电场中的电介质只要介质在外电场作用下发生极化，那么在介质内部取一物理无限小体积Δτ，其中所包含的带电粒子的电量代数和就可能不为0，这种由于极化而出现的宏观电荷叫做极化电荷，把不是由极化引起的宏观电荷叫做自由电荷。无论是极化电荷还是自由电荷，都按第一章所讲的规律激发静电场。我们以分别表示极化电荷及其密度,分别表示自由电荷及其密度。电场是电介质极化的原

8、因，极化则反过来对电场造成影响，这种影响之所以发生是由于电介质在极化后出现了极化电荷（有时称为束缚电荷）。§3.4极化电荷第三章静电场中的电介质二、极化电荷体密度与极化强度的关系dS整体位于体元内的偶极子对q’的贡献为零，只有被体元的边界截断的偶极子对q’的贡献不为零。令电介质某体积△V内的极化电荷为q’，当体积缩至物理无限小时，比值q’/△V为该点的极化电荷体密度。§3.4极化电荷第三章静电场中的电介质如图所示，对极化电荷有