电磁学 电磁介质.ppt

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1、电磁学第四章电磁介质作业：4-2，4-6，4-8§1电介质（2学时）§1.1电介质极化§1.2极化的微观机制§1.3极化强度矢量§1.4退极化场§1.5极化率§1.6电位移矢量有电介质时的高斯定理介电常数§1.电介质物质具有电结构当物质处于静电场中场对物质的作用：对物质中的带电粒子作用物质对场的响应：物质中的带电粒子对电场力的作用的响应导体、半导体和绝缘体有着不同的固有电结构不同的物质会对电场作出不同的响应，产生不同的后果，——在静电场中具有各自的特性。导体中存在着大量的自由电子——静电平衡绝缘体中的自由电子非常稀少——极化半导体中的参与

2、导电的粒子数目介于两者之间。电介质极化的微观机制无极分子：正负电荷中心完全重合(H2、N2)微观：电偶极矩p分子＝0，(l=0)宏观：中性不带电↘↗↙→←↓→↗↘↙↙↓↙↗↘±±±±±±±±±±±±±±±有极分子：正负电荷中心不重合(H2O、HCl)微观：电偶极矩p分子0，(l0)宏观：中性不带电无极分子有极分子极化性质位移极化取向极化后果：出现极化电荷（不能自由移动）束缚电荷±±±±±±±±±±±±±±±↘↗↙→←↓→↗↘↙↙↓↙↗↘电介质的极化无极分子电介质：（氢、甲烷、石蜡等）有极分子电介质：（水、有机玻璃等）播放极化的描绘：P

3、、q’、E’极化强度矢量P：描述介质在外电场作用下被极化的强弱程度的物理量定义：单位体积内电偶极矩的矢量和介质的体积，宏观小微观大（包含大量分子）介质中一点的P(宏观量)微观量（4.1）p227极化电荷极化后果：从原来处处电中性变成出现了宏观的极化电荷可能出现在介质表面（均匀介质）面分布可能出现在整个介质中（非均匀介质）体分布极化电荷会产生电场——附加场（退极化场）极化电荷产生的场外场极化过程中：极化电荷与外场相互影响、相互制约，过程复杂——达到平衡（不讨论过程）平衡时总场决定了介质的极化程度（4.1）p227退极化场E’附加场E’：在电

4、介质内部：附加场与外电场方向相反，削弱在电介质外部：附加场与外电场方向相同或相反，加强或消弱极化的后果三者从不同角度定量地描绘同一物理现象——极化，之间必有联系，这些关系——电介质极化遵循的规律P与q’的关系以位移极化为模型讨论设介质极化时每一个分子中的正电荷中心相对于负电荷中心有一位移l,用q代表正、负电荷的电量,则一个分子的电偶极矩设单位体积内有n个分子——有n个电偶极子在介质内部任取一面元矢量dS,必有电荷因为极化而移动从而穿过dS,该柱体内极化电荷的总量为：P在dS上的通量对于介质中任意闭合面P的通量=？取一任意闭合曲面S以曲面的

5、外法线方向n为正极化强度矢量P经整个闭合面S的通量等于因极化穿出该闭合面的极化电荷总量q’根据电荷守恒定律，穿出S的极化电荷等于S面内净余的等量异号极化电荷－q’均匀介质：介质性质不随空间变化进去=出来——闭合面内不出现净电荷´＝0非均匀介质：进去出来，闭合面内净电荷´0均匀极化：P是常数普遍规律可以证明（4.2）p228均匀极化的电介质内部（4.2）p228均匀介质中P与e‘的关系在均匀介质表面取一面元如图则因极化而穿过面元dS的极化电荷数量为极化强度矢量在介质表面的法向分量电荷的体积（4.3）p228极化强度矢量P与总场

6、强E的关系——极化规律猜测E与P可能成正比（但有条件:各向同性线性电介质）——两者成线性关系极化电荷产生的附加场退极化场影响电极化率：由物质的属性决定（4.4）p229（4.5）p231电极化率P与E是否成比例凡满足以上关系的介质——线性介质不满足以上关系的介质——非线性介质介质性质是否随空间坐标变（空间均匀性）e—常数：均匀介质；e—坐标的函数：非均匀介质介质性质是否随空间方位变（方向均匀性）e—标量：各向同性介质；e—张量：各向异性介质以上概念是从三种不同的角度来描述介质的性质空气：各向同性、线性、非均匀介质水晶：各向异性、线

7、性介质酒石酸钾钠、钛酸钡：各向同性非线性介质——铁电体感应、极化自由、束缚感应电荷：导体中自由电荷在外电场作用下作宏观移动使导体的电荷重新分布——感应电荷、感应电场特点：导体中的感应电荷是自由电荷，可以从导体的一处转移到另一处，也可以通过导线从一个物体传递到另一个物体极化电荷：电介质极化产生的电荷特点：极化电荷起源于原子或分子的极化，因而总是牢固地束缚在介质上，既不能从介质的一处转移到另一处，也不能从一个物体传递到另一个物体。若使电介质与导体接触，极化电荷也不会与导体上的自由电荷相中和。因此往往称极化电荷为束缚电荷。束缚电荷？极化电荷用摩

8、擦等方法使绝缘体带电绝缘体上的电荷——束缚电荷并非起源于极化，因而可能与自由电荷中和实际上它是一种束缚在绝缘体上的自由电荷介质在随时间变化的电场作用下由极化产生的极化电荷——束缚电荷（约束在原