大学物理第8章-电学6.ppt

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1、8.2.1电介质对电场的影响电介质(Dielectric)的主要特征：电子处于束缚状态，几乎不存在可以自由移动的电荷。本章研究：各向同性的理想的电介质，其内部没有可以自由移动的电荷。也称为绝缘体。一、两种电容器加相同电压++++----++++++------电介质空气电荷多8.2静电场中的电介质二、两种电容器带相同电荷++++----++++----电介质空气d相对介电常量，大于1。：d真空r=1空气(0℃,1atm)r=1.00059纯水(0℃,1atm)r=80.2玻璃r=5—10钛酸钡r=103—104r标志电介质对静电场

2、影响的程度，是反映物质电学性能的一个重要参数。静电计偏转小8.2.2电介质的极化(Polarization)一、电介质的极化现象1.束缚电荷(BoundCharge)：电介质在电场的作用下，表面上出现的电荷不能脱离分子，不能作宏观移动，叫束缚电荷。2.电介质的极化：在外电场的作用下，电介质表面出现束缚电荷的现象(均匀电介质)，叫做电介质的极化。+++++-----++++++++--------Q-QQ’-Q’问题：为什么电介质电场强度会减少到真空时的1/r?二、电介质极化的微观解释1.两种电介质电介质的微观结构：+-分子电偶极距：q：分子

3、中正电荷或负电荷的电量的数值。：从负电荷“重心”指向正电荷“重心”的矢量。电场中的电介质可看作是由大量这种微小的电偶极子组成的。（过去我们为什么要学习电偶极子的原因）负电荷“重心”正电荷“重心”无外场时：有极分子无极分子电中性热运动±有极分子+–无极分子H2,CO2,CH4,He等无极分子电介质H2O,NH3,有机酸等有极分子电介质2.无极分子电介质的极化----位移极化3.有极分子电介质的极化----转向极化-+--------++++++++产生感生电矩固有电矩沿外电场取向-+-+-+-+-+-+-++-------++++++8.2.3

4、电极化强度(ElectricPolarization)介质处于极化状态时：介质未极化时：2.无极分子：3.各向同性电介质，不太强时：1.定义：4.单位：表示电介质极化程度的物理量电极化率：四、束缚电荷与电极化强度之间的关系由于电极化而越过面的总电荷为：n：电介质单位体积内的分子数。-+-+-+-+dS面上因电极化而越过单位面积的电荷为：如果dS面是电介质的表面，则表面的面束缚电荷密度为：1.面束缚电荷电偶极矩穿过S的分子对S内的极化电荷有贡献在已极化的介质内任意作一闭合面S封闭曲面内的体束缚电荷等于通过该封闭曲面的电极化强度通量的负值。2.体

5、束缚电荷电介质小结什么是电介质，与导体的区别？绝缘体，没有自由电子2.无极分子与有机分子（1）分子中正负电荷的重心（2）一个中性分子等效于一个电偶极子（3）根据电偶极矩的有无，分为无极与有极分子3.什么是极化（1）无外电场，为什么电介质中任一小区域内的电偶极矩为零？（2）电介质放于外电场中，电介质表面出现电荷层（3）束缚电荷（极化电荷）（4）极化越显著，电介质表面出现的束缚电荷越多-+-+-+-+-+-+4.电极化强度（1）为什么引入电极化强度的概念？定量描述电介质内各处极化的情况（2）如何定义？无极分子：各向同性电介质，外电场不太强时5.电

6、极化强度与束缚电荷的关系（1）为什么会考虑这点？电介质极化产生束缚电荷，极化越显著，表面出现的束缚电荷越多，因此，束缚电荷与极化强度必有联系（2）以无极分子为例极化时，每个分子的负电荷重心不动，正电荷发生位移l电介质内部取一面元ds，穿过ds面的总电荷-+-+-+-+由于电极化而越过面的总电荷为：n：电介质单位体积内的分子数。-+-+-+-+dS面上因电极化而越过单位面积的电荷为：如果dS面是电介质的表面，则表面的面束缚电荷密度为：1.面束缚电荷回忆：极化电荷分布在电介质表面。所以，电偶极矩穿过电介质表面的分子对S内的极化电荷才有贡献现在回到

7、最后的问题，对于已极化的介质，极化电荷的数量到底是多少？封闭曲面内的体束缚电荷等于通过该封闭曲面的电极化强度通量的负值。2.体束缚电荷8.3有介质时的高斯定理电介质置于外电场中，会产生极化电荷，而极化电荷同时会影响外电场的分布；空间电场是由自由电荷产生的电场和束缚电荷产生的电场叠加而成的；（束缚电荷也是电荷，别拿豆包不当干粮）但问题在于，束缚电荷不能预先给定，而且求解电荷的分布也不是容易的事情，对于重新分布的总场强，我们该怎么求解？元芳，此事你怎么看？8.3有介质时的高斯定理必须说明的是，有电介质存在时，高斯定理也成立（说不成立的去面壁）dS

8、S导体电介质电位移：的高斯定理：通过任意封闭曲面的电位移通量等于该封闭面包围的自由电荷的代数和。(1)在没有电介质的情况下，的高斯定理还原为第七章中的高斯定理。(2