静电场中的电介质(II)

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1、静电场的电介质1电介质：绝缘体通常也称为电介质。在电介质中电子受到原子核的束缚，不能移动，故不导电。但电介质对电场仍有影响。用两个带等值异号电荷Q0的导体平行板产生一个均匀电场E0,若两板的间距为d则电势差：实验：插入电介质后，电压变小>1……介质的相对介电常数相对电容率）随介质种类和状态而改变,无量纲,可实验测定。一.电介质的极化2物质空气水纸石英εr178143.8例如：由于平行板电容器U=Ed，U0=E0d，故由：为什么插入电介质会使电场减弱？原因:插入电介质后，介质表面产生极化电荷——介质的极化极化场E’削

2、弱外场E0但不能抵消外场。3二.电介质极化的微观机制电介质分子可分为有极和无极两类:（1）分子中的正电荷等效中心与负电荷等效中心重合的称为无极分子（如H2、CH4、CO2）感应电偶极矩l无极分子无极分子在电场中,正负电荷中心会被拉开一段距离,产生感应电偶极矩，这称为位移极化。（2）分子中的正电荷等效中心与负电荷等效中心不重合的称为有极分子（如HCl、H2O、NH3）有极分子在电场中，固有电偶极矩会转向电场的方向，这称为转向极化。l有极分子固有电偶极矩4(1)静电场中,有极分子也有位移极化,但主要是转向极化；说明：(

3、2)由于热运动，不是都平行于。电场越强,的排列越整齐。总之，不管哪种电介质,极化机制虽然不同，放到电场中都有极化现象,都会出现极化电荷（也叫束缚电荷）。例如左图的左右表面上就有极化电荷。正是这些极化电荷的电场削弱了电介质中的电场。5三.介质中的高斯定理由真空中的高斯定理有：介质中容易看出上式包含极化电荷，使用上式有不便之处，所以在有介质时更常用介质中的高斯定理。高斯面自由电荷束缚电荷高斯定理应写成：总场强：6介质中的高斯定理：穿过闭合面的电位移通量，等于高斯面内自由电荷的代数和。……称为电位移矢量其中介质中的高斯定

4、理的引出（以平行板电容器为例）高斯面由场强叠加原理放入介质后：:金属板上的电荷面密度:介质上的束缚电荷面密度7即将上式代入真空中的高斯定理，则有：移项得：介质中的高斯定理上式虽然是从平行板电容器导出的，但它具有普遍性，适用一切静电场81.它比真空中的E的高斯定律更普遍,当没有电介质时,即εr=1,就过渡到真空中的高斯定律了。说明：2.如果电场有一定的对称性,我们就可以先从的高斯定理求出来；然后再求出来。则令:称为电介质的介电常数，它的单位与0相同。…点点对应！其中9[例1]带电量为Q的导体球(R1)外有一同心且

5、半径为R2的均匀电介质球壳(r及各半径如图)。求（1）电介质内外的电场；(2)导体球的电势。解：R1R2时电位移通量不变10导体球上的电势为：110dt例2.如图在两个带等值异号电荷的平行板中插入一厚度为t,介电常数为εr的介质，求平行板间的电场强度和电势。无介质处的电场解：取如图示的高斯面，电位移通量电位移D为介质中的电场强度为12两极板间的电势差13