大学物理 d电介质_7.ppt

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1、drrddrOrdr1第四章　静电场中的电介质DielectricsinElectrostaticField内容电介质的极化的高斯定律电容器与电容静电场的能量2电介质——绝缘体（无自由电荷）§4.1静电场中的电介质DielectricsinElectrostaticField+Q-QE0U0+Q-Q—相对介电常数变压器油：r～2.24钛酸钡：r～103—104铁电体电介质E，U电场被削弱：3-----------------——束缚电荷或极化电荷1.介质的极化Polarization——在外电场作用下，介质表面感生出束缚(极化)电荷的现象端面出

2、现电荷++++++++++++++++++++--------束缚电荷的电场E'不能全部抵消E0，只能削弱总场E4固有电偶极矩极性分子(Polarmolecule)—极性电介质例如HCl、H2O、CO分子正负电重心不重合有固有电偶极矩~10−30C·m电偶极子模型H2O...OHHHO+H++-5分子正负电中心重合无固有电偶极非极性分子(Nonpolarmolecule)例如H2、O2、CO2、CH4CH+H+H+H+6加外电场：外场取向与热混乱运动达到平衡。⑴微观机制①取向极化Orientationpolarization——分子固有电矩在电场作用下择优取向无外

3、电场：固有电偶极矩热运动，混乱分布，介质不带电。++++++++++++++++++++++++++++7②位移极化displacementpolarization无外电场：正负电荷重心重合，介质不带电加外电场：产生感生电偶极矩主要是电子（云）移动++++++++++++++++++++8电介质中某点附近单位体积内分子电偶极矩的矢量和⑵宏观描述定义：极化强度SI单位:C/m2实验表明：对于各向同性介质，有该点处的总场强分子的偶极矩体积元介质的极化率(polarizability)(纯数)92.介质的击穿dielectricbreakdown——外电场很强时，大量分

4、子离解，介质变成导体介电强度(击穿场强)：电介质所能承受的最大场强10*3.介质表面的束缚电荷boundchargesn—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大小和方向都相同本次自学11*2.介质表面的束缚电荷boundcharges电介质′(1)束缚电荷面密度表面dS上的束缚电荷－分子数密度－面元外法线单位矢量某点束缚电荷面密度束缚12电介质S*2.介质表面的束缚电荷boundcharges(2)极化强度P的通量？于是，所以，S表面的

5、束缚电荷13§4.3的高斯定理给定自由电荷分布，如何求稳定后的电场分布和束缚电荷分布？电荷重新分布···存在介质时，静电场的规律：给定自由电荷分布电场束缚电荷分布电场重新分布14束缚电荷，代入移项得电介质自由电荷束缚电荷自由电荷；总场强；的高斯定理1.的高斯定理GausssLawforSq0in15定义(引入)电位移矢量通过任意封闭曲面的电位移矢量的通量，等于该封闭面所包围的自由电荷的代数和的高斯定理SI单位:C/m2自由电荷Electricdisplacement16各向同性介质SI单位：r(纯数)——介质的相对介电常量(相对电容率)——介质的介电

6、常量(电容率)其中：C2/Nm2(同0)又称“有电介质时的高斯定律”,并且对任何电场都成立Note:17介　质r真空1空气1.00059变压器油2.24瓷68玻璃510钛酸钡103104183.定律的应用在自由电荷分布和介质分布都具有很高对称性时,该定律、　、　、19+++++++++++------------r[例4-1]平行板电容器,板间充满电介质(r),极板上自由电荷面密度为,则介质中D=,E=。解：高斯面S：底面积为A的柱面由对称性,介质中、方向垂直于板面,且分布均匀AS20于是[思考]介质中束缚电荷

7、的场强？为什么？D=0E+P0rE=0E+P0(r-1)E=P0(r-1)E=Pn=21类型：⑴平行板电容器⑵圆柱形电容器⑶球形电容器1.电容器——由两个彼此靠近且互相绝缘的导体组成§4.3电容器与电容CapacitorsandCapacitance222.电容C——表征电容器储存电荷和能量的能力⑴C的定义一极板上的电量极板间的电势差C仅依赖于电容器的几何以及极板间介质的性质SI单位：F(法拉)1F=1C/V1F=106F,1pF=1012FNote:23⑵C的计算①平行板电容器+QQUSd板间为真空时：24板间充满某一介质时：25②

8、圆柱形电容