《电磁介质》PPT课件

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1、第四章电磁介质§1电介质§2磁介质(一)——分子电流观点§3磁介质(二)——磁荷观点§4磁介质两种观点的等效性§5磁介质的磁化规律和机理铁电体§6电磁介质界面上的边界条件磁路定理§7电磁场能一、电介质对电容的影响电介质：绝缘体(电阻率超过108W·m)实验+Q-Q+++++++++++++++----------------------介质中电场减弱§1电介质现象：插入电介质后，电容器极板间的电势差减小了电容增大了极板间距不变有极分子与无极分子二、电介质的极化（Polarization）①无极分子（Nonpolarmolecule）分子的正电荷中心与负电荷中心重合在无外场作用下整个分子

2、无电矩例如，H2N2O2②有极分子（Polarmolecule）分子的正电荷中心与负电荷中心不重合。在无外场作用下存在固有电矩。例如，H2OHclCOSO2负电荷中心正电荷中心++H+HO二、电介质的极化（Polarization）无极分子只有位移极化，感生电矩的方向沿外场方向无外场下，所具有的电偶极矩称为固有电偶极矩。在外电场中产生感生电偶极矩（约是前者的10-5)有极分子：位移极化和取向极化均有l二、电介质的极化（Polarization）三、极化的描绘1.极化强度矢量：单位体积内电偶极矩的矢量和2.极化电荷从原来处处电中性变成出现了宏观的极化电荷3.退极化场：极化电荷产生的场退极

3、化场附加场：在电介质内部：附加场与外电场方向相反，削弱在电介质外部：一些地方加强，一些地方减弱与的关系以位移极化为模型讨论假设l,q,n因极化而穿过的电荷总量电荷守恒定律在均匀介质表面取一面元dS，面元上的极化电荷为是否和场强的大小有关否——线性介质是——非线性介质是否随空间坐标变化否——均匀介质是——非均匀介质是否随空间方位变化否——各向同性介质是——各向异性介质电极化率与的关系——极化规律四有电介质时的高斯定理电位移在有电介质存在的电场中，高斯定理仍成立，但要同时考虑自由电荷和束缚电荷产生的电场总电场极化电荷自由电荷上式中由于极化电荷一般也是未知的，用其求解电场问题很困难，为便于求

4、解，引入电位移矢量，使右端只包含自由电荷。相对介电常量(相对电容率)电位移矢量有电介质时的高斯定理++++++++++线电场线起于正电荷、止于负电荷，包括自由电荷和极化电荷++++++++++线电位移线起于正的自由电荷，止于负的自由电荷++++++++++线电极化强度矢量线起于负的极化电荷，止于正的极化电荷。只在电介质内部出现有电介质存在时的高斯定理的应用：求出电场求出电极化强度求出束缚电荷通过电介质中任一闭合曲面的电位移通量等于该面包围的自由电荷的代数和。分析自由电荷分布的对称性，选择适当的高斯面求出电位移矢量。例题1一半径为R的金属球，带有电荷q0,浸埋在均匀“无限大”电介质（电容

5、率为ε），求球外任一点P的场强及极化电荷分布。Rq0rSR1R2R0Q解例2半径为R0，带电量为Q的导体球置于各向同性的均匀电介质中，如图所示，两电介质的相对电容率分别为e1和e2，外层半径分别为R1和R2。求(1)电场的分布；(2)紧贴导体球表面处的极化电荷；(3)两电介质交界面处的极化电荷。(1)r4321R1R2R0Q4321(2)紧贴导体球表面处的极化电荷rQ'r(2)紧贴导体球表面处的极化电荷R1R2R0Q4321rQ'Q''-Q'r(2)紧贴导体球表面处的极化电荷(2)紧贴导体球表面处的极化电荷(3)两电介质交界面处的极化电荷(Q''-Q')例3.两个共轴的导体圆筒,内筒

6、半径为R1,外筒内半径为R2(R2<2R1),圆筒内壁充入同轴圆筒形电介质,分界面半径为r0,内层介质电容率为1,外层介质电容率为2=1/2,两层介质的击穿场强均为EM。当电压升高时,哪层介质先击穿?此时电压是多少？R1R2r012横截面图外层介质先被击穿例4.一半径为R、相对介电常数为ε的均匀介质球中心放有点电荷Q，球外是空气。（1）计算球内外的电场强度和电势U的分布;（2）球心处的极化电荷及球面上极化电荷面密度。例3常用的圆柱形电容器，是由半径为的长直圆柱导体和同轴的半径为的薄导体圆筒组成，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电荷分

7、别为和.求（1）电介质中的电场强度、电位移和极化强度；（２）电介质内、外表面的极化电荷面密度；（３）此圆柱形电容器单位长度上的电容．解（1）（２）（３）例题4平行板电容器两板极的面积为S，如图所示，两板极之间充有两层电介质，电容率分别为ε1和ε2，厚度分别为d1和d2，电容器两板极上自由电荷面密度为±σ。求（1）各层电介质的电位移和场强，（2）两层介质表面的极化电荷面密度（3）电容器的电容.+E1D1D2S1d1d2AB1E22平行板电容