大学物理第10章静电场中的电介质..ppt

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1、第10章静电场中的电介质本章主要内容§10.1电介质对电场的影响§10.2电介质的极化§10.3的Gauss定理§10.4电容器和它的电容§10.5电容器的能量第10章静电场中的电介质按照物体导电特性区分，导电性相对导体很差的物体称为电介质（绝缘体）。从微观上看，电介质不存在自由电子，电子都束缚在原子的内部——处于束缚态。实验表明，处于静电场作用下的电介质，会产生极化现象，即介质表面会出现宏观电荷积累。但这不同于导体的静电感应，因为导体中的自由电子可以“自由运动”，直至静电平衡出现，而电介质中的束缚电子不可能摆脱原子的束缚。第10章静电场中的电介质§10.1电

2、介质对电场的影响电介质对电场的影响相对电容率相对电容率电容率+++++++-------+++++++-------§10.2电介质的极化无极分子：（氢、甲烷、石蜡等）有极分子：（水、有机玻璃等）一电介质：内部几乎没有可以自由运动电荷的物体，又称为绝缘体电介质的极化处于外电场的电介质上，出现宏观电荷积累的现象称为电介质的极化，宏观电荷称为极化电荷或束缚电荷。二电介质的极化无极分子：（氢、甲烷、石蜡等）有极分子：（水、有机玻璃等）电介质+++++++++++-----------三电极化强度：极化电荷面密度：分子电偶极矩：电极化强度-----+++++(1).无

3、外场时：电介质中任一小体积元V内所有分子的电矩矢量和为零，即(2).有外场时：电介质被极化，,且外场越强，电介质极化程度越高，越大电极化强度§10.2电介质的极化(3).定义：单位体积内分子电矩的矢量和为电极化强度，即----反映了电介质的极化程度(4).单位：库仑/米2(C/m2)，与电荷面密度的单位相同§10.2电介质的极化a.是所选小体积元V内一点的电极化强度。当电介质中各处的电极化强度的大小和方向均相同时，则称为均匀极化b.极化(束缚)电荷也会激发电场，使电场的分布发生变化讨论：§10.2电介质的极化极化强度与束缚电荷面密度的关系:电极化强度与束缚电

4、荷的关系——介质表面的外法线单位矢量。证明极化强度对任意闭合面的通量与面内束缚电荷的关系：§10.2电介质的极化证明:返回§10.2电介质的极化四极化电荷与自由电荷的关系+++++++++++----------------++++++++++++++++----------------+++++电极化率§10.3的高斯定理介质中的静电场介质中某点的场强，是由外电场和极化电荷的电场叠加而成以两块靠得很近的金属板为例§10.3D的高斯定理令----相对介电系数讨论：----极化电荷的电场将自由电荷的电场部分抵消的缘故§10.3D的高斯定理有介质时的高斯定理电

5、位移矢量1.由高斯定理有§10.3D的高斯定理----电位移矢量----有介质时的高斯定理或的高斯定理2.定义：讨论：自由电荷a.电位移通量只与闭合曲面所包围的自由电荷有关，但本身与自由电荷和极化电荷都有关§10.3D的高斯定理b.可用电位移线来形象地描述电位移线线线与线的区别:c.线:从自由正电荷或束缚正电荷出发，终止于负电荷.d.线:从自由正电荷出发,终止于自由负电荷.§10.3D的高斯定理三矢量的关系定义：----介质的介电常数§10.3D的高斯定理是一个辅助物理量，没有明显的物理意义，但有介质时，计算通量比计算通量简便说明：以上讨论的是各向同性介质，方向

6、一致§10.3D的高斯定理[例1]半径为a的导体球，带电荷Q，外部有一内、外径分别为b和c，相对介电常数为er的均匀各向同性电介质。求各处的场强分布和介质内外表面束缚面电荷密度。解：利用的Gauss定理求：利用求，用求：束缚面电荷密度：例2图中是由半径为R1的长直圆柱导体和同轴的半径为R2的薄导体圆筒组成，其间充以相对电容率为r的电介质.设直导体和圆筒单位长度上的电荷分别为+和-.求(1)电介质中的电场强度、电位移和极化强度；(2)电介质内外表面的极化电荷面密度.解(1)r(2)r§10.4电容器和它的电容一孤立导体的电容单位：孤立导体的电容为孤立导体所带电

7、荷Q与其电势V的比值.例球形孤立导体的电容地球二电容器按形状：柱型、球型、平行板电容器按型式：固定、可变、半可变电容器按介质：空气、塑料、云母、陶瓷等特点：非孤立导体，由两极板组成1电容器的分类2电容器的电容电容器的电容为电容器一块极板所带电荷Q与两极板电势差的比值.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.注意电容的意义：在电势差一定的条件下，电容越大，储存电荷的能力就越强。这个能力只决定于两导体的大小、形状、相对位置等因素。3电容器电容的计算（1）设两极板分别带电Q（3）求两极板间的电势差U步骤（4）由C=Q/U求C（2）求两极

8、板间的电场