大学物理电介质讲义PPT幻灯片

第12章，静电场的电介质，本章讨论电介质如何影响电场的电介质与电场的相互影响，电场如何分布电介质的电荷？ 如何计算介质存在时的电场分布？ 引言介质(Dielectric )为绝缘体，无自由电荷，不导电。 12.1电介质极化(polarization )、正负电荷中心不重叠(水、有机玻璃等)、正负电荷中心重叠(氢、甲烷、石蜡等)、没有外电场的情况下1、电介质的分类：无分子和有极分子电介质、无分子、电场位移极化；2、电介质的极化、外电场表示在外部电场的作用下在介质表面上产生束缚(极化)电荷的现象，微观机制：极化宏效应总是在介质表面上出现电荷分布，并且被称为极化电荷或束缚电荷。 有极分子：没有外电场，有电场取向极化，3，有电极化强度，表示，电介质极化的程度，宏观记述？ 电极化强度：电介质中某点附近每单位体积的分子偶极矩的矢量和，单位： C/m2，面电荷密度？ 极化后每个分子的偶极矩、偶极子的排列的秩序反映介质极化的程度，定义、排列越有序，极化越强，考虑前、4、极化强度与极化电荷的关系、(1)体约束电荷、介质的内面要素dS的极化，以位移极化为例，负的中心不动，通过电场， 正电荷向电场方向位移，超过dS面要素的总电荷(:电介质分子数体密度)、l、dV=ldScos内的所有分子的正中心越过dS面。 如果取、l、dV、p、电介质中的任意一个闭合曲面s，则在整个闭合面上残留的电荷与电介质中残留在任意一个闭合面s上的极化电荷之间的关系，对于均匀的电介质，如果电介质中没有自由电荷，则电场是否均匀(2)面约束电荷在所述dS面要素正好位于电介质表面上时，成为电介质表面dS面积上的约束电荷. 束缚电荷面密度(每单位面积束缚电荷)、=dq/ds、Pn、电介质外法线方向单位矢量、图电介质、5、电介质的极化规则、电介质的电极化率、(电极化强度P总电场强度e )、e无量纲纯数电介质的性质、电介质中的总电场强度(外电场束缚电场)、本过程中为各向同性、仅线性电介质介质的相对介电常数(相对介电常数)、介质的相对介电常数(相对介电常数)、12.2介质时的高斯定理电位移矢量、各向同性线性介质：时的、介质方程式、尚成立、环定理、高斯定理、高斯定理的一些说明：1、电位移为了简化计算没有物理意义，2、式中不包含极化电荷，但考虑到极化电荷的影响。 3、有介质时静电场的性质方程。 普遍应用于任何电场，是麦克斯韦方程式之一。 在静电场中，通过任一闭合面的电位移通量等于该面内包围的自由电荷的代数和。 5、如果在解场的应用具有某种对称性，则首先可以从高斯定理中求解，进一步可以求得，设想，4、电场线从任何正电荷开始，停留在任何负电荷。 电位线以正自由电荷开始，以负自由电荷停止。 在、，解：的均匀极化表面出现束缚电荷，内部的电场通过自由电荷，例12.1的平行平板电容器的自由电荷面密度为0，其间充满了相对介电常数为r的均匀的各向同性直线电介质。 求出板内的电场强度。叠合，共同发生，束缚电荷，这个公式普遍适用吗？ 对于、得到的单独产生的电场强度而言，均匀的各向同性电介质充满两个各向同性面之间，电介质中某点的电场强度可以求出与、2 )导体球密接的电介质表面的极化电荷，通过同样的方法求出其他电介质表面的极化电荷(自分解)，均匀分布由此得到的各向同性直线电介质均匀地充满两个各向同性面之间时的想法例12.3平行平板电容器，是厚度d1和d2、相对介电常数r1和r2的电介质，极板面积为s，两极板的自由电荷面密度为0。(1)求出介质内的电位移和电场强度(2)电容器的电容(3)电介质表面的极化电荷面密度。 方向如图所示，(2)、r1、r2、解(1)面对称，在介质中取与平板垂直、底面积为S1的圆柱形高斯面，(3)、均匀各向同性介质充满两个等地面之间，或以电容串联：平行平板电容器为例计算电容器的能量。 在时间t内，电荷从b板向a板移动，dq从b板向a板移动，外力作用，电力0q，外力作用于极板的总功能是12.3电场的能量，另一方面，电容器的蓄电(静电能)，电容器带电后，同时储存能量。 充电过程：不断地将微电荷dq从b移动到a，忽略边缘效应，在平行板电容器中，电容器的储能方式，电场中单位体积内的电能，外力作用的功能都储存在电容器中，电容器储存：能量储存在场中，二请注意，在不均匀电场中(适用于任何电场)，积分区间是存在所有电场的空间。 例12.4求出带电，求出半径为导体球的电场能量。 (球外为真空)，解：方法1 :计算电场能量，带电的导体球的电场强度分布，任意取薄球壳。 方法3 :根据电场能量使各电荷元件从无穷远处移动的过程中，外力克服电场力。 方法2 :根据电容器的静电能量计算，孤立带电球体的静电容量为例12.5半径r、相对介电常数r的球均匀带电q，求出其电场能量。 r、q、解：体积元、电荷体密度：静电场导体和电介质的总结，1 .导体的静电平衡条件，性质和电荷分布，2 .电容定义的三个常用电容器的电容，导体为等电位体，表面为等电位面，静电平衡时，导体内部没有净电荷。 导体表面，电容器贮藏，3 .有电介质时的高斯定理，4 .电场能量密度，能量，各向同性直线电介质：习1 .空气平行板电容器，两极板间距离d，极板上带电量q和-q，极板间电压u。 在忽略边缘效应的情况下，板间电场强度的大小在将厚度t(td )的金属板平行插入两板之间时，变为极板间电压，此时电容值相等。、学习2 .一个电容器为c电容器，极板具有带电量q，若将该电容器与完全不带电的其他电容器并联连接，则该电容器组的静电能We=。 Q2/4C，总电量不变，q总电容器c总=C1 C2=2C时W=Q2/(2C总)=Q2/4C，解：即使并联连接，总带电量为q，c总=2C，W=Q2/4C，丢失的静电会去哪里？ (电荷再分布，电场力驱动电荷工作)，W0=Q2/2C，学习3 .两个电容器的电容之比C1:C2=1:2，(1)将它们串联连接，电压充电到一定的电源，它们的电力之比是多少？(2)并联充电的情况下，电力之比是多少？ (3)上述两种情况下电容器系统的总电量之比是多少？ 解： (1)，串联q相同： (2)、(3)，并联u相同：学习4 .一平行板电容器的极板面积为S=1m2，两极板夹着d=5mm厚的相同面积的玻璃板。 已知玻璃的相对介电常数为r=5。 电容器充电到电压U=12V后，切断电源。 求出从电容器拉