大学物理之导体和电介质中的静电场.ppt

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1、§9-4§9-5§9-6静电场中的电介质为了突出电介质与导体的不同，通常将电介质看作理想的绝缘体，即无可自由移动的电荷。一电介质对电场的影响实验现象:+++++++-------+++++++-------二、电介质的极化1、电介质的微观结构1)分子中等效正、负电荷的“中心”一个中性分子所带正电荷与负电荷的量值总是相等的。电介质原子中的电子被原子核束缚的很紧，不能自由移动。介质内部没有可以自由移动的电荷。负电荷中心正电荷中心++H+HO等效的正、负点电荷所在的位置称为等效正、负电荷的“中心”。-++OH+H++H2OH+++-+H+H+NNH3（氨）2)电介质的分类①有极分子：正

2、电荷中心同负电荷中心不重合的分子，如HCl、H2O、CO、SO2、NH3…..。+-+-②无极分子：正电荷中心同负电荷中心重合的分子，如所有的惰性气体、CH4等。--+HeH+++-++H+H+H+CH4（甲烷）C+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-无电场时：+-+-+-+-+-+-+-+-+-1)位移极化（无极分子）有电场时：2、电介质的极化+-+-+-+-+-+-+-+-+-无电场时：+-+-+-+-+-+-+-+-+-有电场时：2）取向极化（有极分子）在两个与外场垂直的端面上将出现极化电荷──但这种电荷不能脱离分子，又不能在介质中自由移动，故又谓之束缚电荷；++++++

3、------+++++++++++-----------自由电荷极化电荷有外场+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-均匀极化三、电介质的极化规律☆介质中的总场++++++------+++++++++++-----------四、有电介质时的高斯定理电位移矢量（均匀各向同性介质）++++++------+++++++++++-----------通过闭合曲面的电位移通量，等于闭合曲面内自由电荷的代数和。电介质中高斯定理☆利用介质中高斯定理可以求介质中的场强，其步骤与应用真空中的高斯定理求真空中的场强类似。1）首先分析场源的对称性（常见的是中心、面、轴对称性）2

4、）选取一个合适的高斯面3）然后由介质中高斯定理求D，再根据D=0rE求E例：半径为R的均匀带电球面，带有电荷Q，放在一无限大均匀电介质中，相对介电常数为r，求：空间场强分布分析：由题设知场的分布具有球对称性。作半径为r的与导体同心的球面Ｓ为高斯面，由高斯定理有QR++++++++++++解（1）（2）＊导体与电介质的比较：1电结构导体内有可移动的自由电荷，电介质内无可移动的电荷，2电荷的分布导体的感应电荷只分布在表面，可以移动。介质的极化电荷不能移动，故又称束缚电荷。3内部场强导体在静电平衡时，内部场强为零，即介质极化后，内部场强不为零，在均匀极化时，一、点电荷系的静电能§1

5、0-8静电场的能量1.两个点电荷静电能为该电场建立过程中，外力克服电场力所作的功。对称形式：2.三个点电荷依次把q1、q2、q3从无限远移至所在的位置。把q1移至A点，外力做功再把q2移至B点，外力做功最后把q3移至C点，外力做功三个点电荷组成的系统的相互作用能量（电势能）可改写为V1是q2和q3在q1所在处产生的电势，余类推。3.多个点电荷推广至由n个点电荷组成的系统，其相互作用能（电势能）为Vi是除qi外的其它所有电荷在qi所在处产生的电势。二、连续带电体的静电能三、静电场的能量1.电容器的电能q+dqQE-Q…-(q+dq)q-q…2dq-2dqdq-dq00t=tt=0至t

6、时刻，电容器已带电q，此时若再移动dq，外力作功为最后，使电容器带电Q，则外力作功共为电容器储能该公式可推广至一般电容器。2、静电场的能量电场能量密度任一带电体系的总能量Ｖ是场强不为零的空间。例1求均匀带电球面电场的能量（R，Q）。例2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）例题9-10　一平行板空气电容器的板极面积为S，间距为d，用电源充电后两极板上带电分别为±Q。断开电源后再把两极板的距离拉开到2d。求（1）外力克服两极板相互吸引力所

7、作的功；（2）两极板之间的相互吸引力。（空气的电容率取为ε0）。板极上带电±Q时所储的电能为解（1）两极板的间距为d和2d时，平行板电容器的电容分别为（2）设两极板之间的相互吸引力为F，拉开两极板时所加外力应等于F，外力所作的功A=Fd，所以故两极板的间距拉开到2d后电容器中电场能量的增量为