第九章静电场第05.ppt

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1、电介质及其极化一、静电场中的电介质1.电介质对电容的影响相对电容率+++++++++-------+++++++++-------试验测得:式中:相对电容率则:§9-6电介质及其极化二、电介质的极化(polarizationofdielectric)三、电介质极化的微观机制updownback1、电介质的分类有极分子及无极分子思考：静电平衡下的导体与极化状态下的电介质有何区别？电介质在外电场作用下，电介质表面出现极化电荷的现象称之为“电介质的极化”。无极分子：分子正负电荷中心重合；CH+H+H+H+甲烷分子正负电荷中心重合CH4CHHHHupdo

2、wnback正电荷中心Pe分子电偶极矩水分子Pe负电荷中心HO+H++有极分子：分子正负电荷中心不重合。HCl..P+HClH2O...OHH+updownback2.无极分子的位移极化无外电场时，分子正负电荷中心重合，介质不带电。e+加上外电场后，在电场作用下介质分子正负电荷中心不再重合，出现诱导电偶极矩pe´fflE外pe´正电荷中心负电荷中心updownback无外电场时，由于无极分子正负电荷中心重合，介质任何部分都不出现净电荷。updownback无外电场时，由于无极分子正负电荷中心重合，介质任何部分都不出现净电荷。加上外电场后，正负电荷

3、中心分开在介质左右的两个端面上出现极化电荷层。updownbackE外++++++++++++++++++++++++++加上外电场后，正负电荷中心分开在介质左右的两个端面上出现极化电荷层。无外电场时，由于无极分子正负电荷中心重合，介质任何部分都不出现净电荷。updownback3.有极分子的转向极化在此力矩作用下，使电矩方向转向和外电场方向一致。EMp=e×+peffE有极分子的电偶极矩在外电场中要受到一力矩作用。updownback3.有极分子的转向极化在此力矩作用下，使电矩方向转向和外电场方向一致。EMp=e×p+effE有极分子的电偶极矩

4、在外电场中要受到一力矩作用。updownback无外电场时，有极分子电矩取向不同，整个介质不带电。++++++++++++++++++++加上外电场后，电矩受力矩作用而发生转向，E外updownback++++++++++++++++++++++++++E外无外电场时，有极分子电矩取向不同，整个介质不带电。加上外电场后，电矩受力矩作用而发生转向，在介质左右两端面上出现极化电荷。updownback四.电极化强度(electricpolarizationintension)（描述介质中各点极化强弱程度的物理量）updownback单位体积内所有分子

5、电偶极矩的矢量和称为电极化强度或称极化强度。数学表达式为:单位:极化电荷与电极化强度的关系-所以:五、电介质中的电场强度极化电荷与自由电荷的关系+++++++-------+++++++-------自由电荷激发电场的场强为:极化电荷激发电场的场强为:电介质中的电场强度为:即:整理得:故:矢量表达为:电介质的电极化率描述真空静电场性质有场强环路定理和高斯定理，它们是：E.dl=Lò0E.dS=sòòqε0Σ下面来讨论有介质时环路定理和高斯定理的形式。updownback六、有介质时的高斯定理1、有介质时的场强环路定理E0EE=+´有介质时的电场是

6、由极化电荷和自由电荷共同产生的。极化电荷所激发的电场也是有势场，所以有：E.dl=Lò0此式表明，有介质时，场强环路定理仍然正确。在介质中的合场强E为：updownback2、有介质时的高斯定理E.dS=sòòqε0ΣE.dS=sòòqε0ΣqΣ+´有介质时，上述高斯定律中的Σq应理解为所有电荷的代数和，既包括自由电荷，也包括极化电荷。所以由于极化电荷的的求解比较困难，所以设法从上式消去极化电荷，并用一个新的物理量来代替E。updownback下面从平行板电容器的特例来寻找这一新的物理量。E.dS=sòòqε0ΣqΣ+´()1S1σ0ε0S2´σ

7、=P.dS=sòòP.dSsòò2=PS2=S2´σ+++++++σσσσ++PE´´´+++++++++S1S200backupdownE.dSsòò()1S1σ0ε0S2´σ=P.dSsòò=S2´σ由上面得到：E.dSsòò1S1σ0ε0=P.dSsòòε01∴EPε0+D=电位移Dq0ε0=P.dSsòòε01E.dSsòò=Pε0+()q0整理后得到：backupdownE.dSsòò=Pε0+()q0EPε0+D=D.dSsòò=q0∴有介质时的高斯定理：在介质中通过任一闭合曲面电位移通量，等于闭合曲面所包围的自由电荷的代数和。upd

8、ownback定义电位移矢量D(Electricdisplacement)EPε0+D=εrEε0=εE=D=εEP=ce0eE3、D、