医学物理5静电场中电介质能量(上课).ppt

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1、导体绝缘体1.导体conductor存在大量的可自由移动的电荷2.绝缘体（电介质）dielectric没有可以自由移动的电荷3.半导体semiconductor介于上述两者之间本节讨论电介质与电场的相互影响第四节静电场中的电介质一.电介质及其结构非极性分子（氢、甲烷、石蜡等）极性分子（水、有机玻璃等）+-+-非极性分子极性分子二.电介质的极化(polarization)+++++-----+++++-----共同效果边缘出现电荷分布位移极化1电介质极化过程取向极化束缚电荷极化电荷极化面电荷密度极化体电荷密度:电

2、极化强度:分子偶极矩的单位：：宏观上无限小微观上无限大2电极化强度均匀极化：处处相同在已极化的介质内任意作一闭合面S,S将把位于S面附近的电介质分子分为两部分:一部分在S内,一部分在S外.电偶极矩跨越S面的分子对S内的极化电荷有贡献S3极化强度与极化电荷在S面上取一小面元dS，以dS为底，以电偶极子轴长l为斜高作一柱体，如图示在dS附近薄层内认为介质均匀极化,分子数密度为n,柱体内的分子数为nldScos由于极化,穿过dS的电荷量为qldSV如果/2落在柱面内的是负电荷如果>/2落在柱面内的是正电荷

3、在S所围的体积内的极化电荷与的关系柱面内的极化电荷l内dS电介质表面极化电荷面密度l内dS介质外法线方向单独++++++------+++++++++++-----------三电介质中的静电场无限大均匀介质中点电荷场强库仑定律成立的条件：电介质充满整个空间。同样的场源电荷在真空中产生的场是在某一介质中产生的场的εr倍。⑴表征电介质在外电场中的极化性质，其值越大，对外电场的减弱程度大。⑵是没有单位的纯数。⑶真空εr=1，气体密度小，极化对电场影响小εr≈1，固体εr>1。⑷无极分子极化不受温度影响；有极分子

4、极化与热运动有关，T↑则εr↓。⑸有极分子取向极化过程需要一定时间。在交变电场中，对有极分子介质，电场变化频率f↑→εr↓。无极分子极化与频率无关。er电位移矢量++++++------+++++++++++-----------有介质时的高斯定理2电介质中的高斯定理3电位移electricdisplancement（任何介质）（均匀介质）注意有介质时先求例两块靠得很近的平行金属板之间原为真空，使它们分别带等量异号电荷至面密度为±σ0，板间电压为300V。现保持两板电量不变，将板间一半充εr=5的电介质。求

5、（1）板间电压；（2）电介质上、下两表面的极化电荷面密度.+++++++++-------------+++++++++++++++-----------+++++++++-------------++++电容器及其电容1孤立导体的电容capacity例如孤立的导体球的电容地球单位第五节静电场的能量2电容器condenser电容器电容电容的大小仅与导体的形状、相对位置、其间的电介质有关.与所带电荷量无关.典型的电容器平行板d球形R1R23电容器电容的计算1）设两极板分别带电；2）求；3）求；4）求.步骤柱形R2

6、R1平板电容器++++++------（2）两带电平板间的电场强度（1）设两导体板分别带电（3）两带电平板间的电势差（4）平板电容器电容球形电容器的电容球：形电容器是由半径分别为　和　的两同心金属球壳所组成．解设内球带正电（　　），外球带负电（　　）．＋＋＋＋＋＋＋＋孤立导体球电容*+++++++-------4电介质对电容的影响相对电容率相对电容率电容率permittivity+++++++-------+++++++++---------二　电容器的电能电容器贮存的电能+三静电场的能量与能量密度物理意义电场

7、是一种物质，它具有能量.电场空间所存储的能量电场能量密度例如图所示,球形电容器的内、外半径分别为和　，所带电荷为　　．若在两球壳间充以电容率为的电介质，问此电容器贮存的电场能量为多少？解（球形电容器电容）讨论（1）（2）（孤立导体球贮存的能量）解例2如图圆柱形电容器，中间是空气，空气的击穿场强是，电容器外半径.在空气不被击穿的情况下，内半径可使电容器存储能量最多.（空气）单位长度的电场能量++++----++++++++________++++----++++++++________