北京化工大学普通物理学12-2

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1、请把手机调成静音、震动或关闭！第5章静电场中的电介质电介质对电场的影响、压电效应、电致伸缩本章讨论：电介质如何影响电场？在电场作用下，电介质的电荷如何分布？如何计算有电介质存在时的电场分布？引言电介质(Dielectric)，就是绝缘体—无自由电荷，不导电。§5.1电介质对电场的影响§5.3D的高斯定理§5.2电介质的极化§5.5电容器的能量§5.4电容器和它的电容目录5-1电介质对电容的影响相对介电常数(相对电容率)+++++++-------+++++++-------实验测得：（r为大于1的数）相对电容率充入电介质的电容器的电容

2、将变大到原来的r倍。—介电常数(电容率)电介质中的电场强度未加入电介质时：加入电介质时：在两极板电荷不变的条件下，充满均匀的各项同性电介质的平板电容器中，电介质内任一点的电场强度为原来真空时电场强度的1/r。电介质能承受的最大电场强度Ｅb称为击穿场强.击穿电压5-2、电介质的极化polarization2、电介质的极化无极分子有极分子1、电介质的分类在无外电场时分子正负电荷中心重合无外电场时分子正负电荷中心不重合位移极化取向极化无极分子中正负电荷中心在外电场作用下发生相对位移而使介质表面产生极化电荷有极分子中原先固有的电偶极矩在外

3、电场作用下转向外电场方向而使介质表面产生极化电荷分子HCl3.43H2S5.3HBr2.60SO25.3HI1.26NH35.0CO0.40C2H5OH3.66分子p/(1030Cm)p/(1030Cm)H2O6.2有极分子的电偶极矩注：无极分子的电偶极矩为有极分子的10-5倍！正负电荷中心不重合（水、有机玻璃等）正负电荷中心重合（氢、甲烷、石蜡等）3.两大类电介质分子结构：极化的效果总是在电介质表面出现极化电荷，极化电荷是一种束缚电荷。无极分子有极分子取向极化位移极化4.电介质的极化过程带静电的梳子为什么能吸引水柱？在介电体内

4、部附加电场处处和外电场的方向相反,其后果是使总电场比原来的电场减弱。5、电极化强度(Polarizationintensity）—表征电介质极化程度如何表征？电极化强度：电介质中某点附近单位体积内分子电偶极矩的矢量和单位：C/m2—面电荷密度？V宏观小、微观大的体积元极化状态：各分子电偶极矩矢量和不会完全相互抵消。表征极化程度。n—单位体积内的分子数每个分子的正电荷重心相对于其负电荷重心都有一个位移l，各个分子的感应电矩都相同，电介质的极化强度为以均匀的位移极化为例：均匀极化：电介质各处极化强度P大小和方向都相同。电极化强度P～总场

5、强Ee电极化率（介质性质，与场无关）介质中的总场强(外电场＋束缚电荷电场)相对介电常数只讨论各向同性、线性电介质。6、电介质的极化规律方向相同（各向同性），成正比（线性）自由电荷与极化电荷共同产生场例1介质细棒的一端放置一点电荷P点的场强？自由电荷产生的场束缚电荷产生的场介质棒被极化，产生极化电荷q1'q2'。极化电荷q1'q2'和自由电荷Q0共同产生场7、电介质内的电场强度1.电介质中的电场强度EE0E++++++0-0-----+------+++++2.0~的关系讨论均匀介质充满电场时的特殊情况1问题的

6、提出以充满各向同性均匀电介质平行板电容器为例。取图示闭合的正柱面为高斯面S，两端面平行于平板自由电荷极化电荷电介质中电场强度与有关，直接计算很困难的。寻找一种简化的计算方法！5-3、电介质中的高斯定理　电位移矢量电位移矢量有介质时的高斯定理2有电介质存在时，高斯定理的另一种形式有电介质时的高斯定理：在静电场中，通过任一闭合曲面的电位移通量等于该闭合曲面内所包围的自由电荷的代数和。介电常数（电容率）对高斯定理的几点说明：1、电位移是为简化计算而引入的辅助矢量。2、式中虽不显含极化电荷，但已考虑了极化电荷的影响。4、电场线起于任意正电荷而止

7、于任意负电荷。电位移线起于正的自由电荷而止于负的自由电荷。3、上式虽然是从特殊情况下导出的，但普遍适用。ED由于闭合面的电位移通量等于被包围的自由电荷，所以D线发自正自由电荷止于负自由电荷。r+Qr+QE线D线被介质均匀包围的金属带电球体例题1在半径为R1的金属球外有一层半径为R2的均匀介质层。介质的相对介电常数为r，金属球带电Q，求：(1)介质层内外的电场强度；(2)介质层内外的电势；(3)金属球的电势。解：有介质时先求例题2一平行板电容器充满两层厚度各为d1和d2的电介质，它们的相对电容率分别为r1和r2，极板面积为S，两

8、极板上自由电荷面密度为±0。求（1）两层介质内的电位移和场强；（2）电容器的电容；（3）两层电介质表面的极化电荷面密度。方向如图解（1）（2）同理：（3）电容只与导体的几何因素和介质有关，与导体是否带电无