电磁学：第一章-第二次课ppt课件

.,1,专题：电介质的极化,二、分类,2.非极性分子（无极分子）,1.极性分子（有极分子）,无外电场时，分子正负电荷重心重合,无外电场时，分子正负电荷重心不重合，每个分子相当于电偶极子。,例：CO2、H2、N2、O2、He,例：H2O、HCl、CO、SO2,一、电介质的电结构,每个分子都是由带负电的电子（束缚电子）和带正电的原子核组成的。所有负电荷负重心，所有正电荷正重心，一般分子内正负电荷不集中在同一点上。由此可将电介质分为两类。,.,2,非极性分子,极性分子,HCl,H2O,NH3,CH4,He,.,3,三、电极化现象,(1)有极分子,化极向取,可见：E外强，,端面上束缚电荷越多，电极化程度越高,(2)无极分子,电中性,同样：E外强，p大端面上束缚电荷越多，电极化程度越高。,位移极化,两种电介质放入外电场，其表面上都会出现极化电荷。,.,4,再现电介质的极化过程：,感生电矩,固有电矩,1均匀电介质在电场中，表面出现极化电荷。不可分离出来-束缚电荷,说明,.,5,示例束缚电荷的影响：,介质球放入后电力线发生弯曲,2取向极化有极分子，位移极化两种介质。,3对均匀电介质体内无净电荷，束缚电荷只出现在表面上。,4束缚电荷与自由电荷在激发电场方面，具有同等的地位。,5导体中存在的是自由电荷,四、电介质中的电场,.,6,13静电场的高斯定理,1.电位移矢量：,在任何电介质中，任一点处的电位移为该点处的电场强度和该点处的介电常数的乘积。即：,引入的好处：不用再区别真空还是电介质了，因为电位移矢量与介质无关，即与束缚电荷无关，只与自由电荷有关，而电场强度则不同。,2.电位移线：引入方法同电力线，区别在于电位移线从自由正电荷出发，终止于自由负电荷，而电力线从正电荷出发，终止于负电荷。,.,7,示例D线与E线的区别：,.,8,3.电通量,定义：通过电场中任一给定面的电位移线总根数，就是通过该面的电位移通量（或电通量）e。,（1）均匀场,1）设场中有一平面S，,该面的电通量：e=DS,2),e=DScos,（2）非均匀场,曲面S上,各点的D大小方向均不同,取面积元dS，其上的电通量：,dS,.,9,S面上的总通量：,当S为闭合曲面时：,对闭合面的法线方向规定：,自内向外为法线的正方向。,D线从曲面内向外穿出：,而从曲面外向内穿进：,e的单位：库仑（C）,表示净穿出闭合面的电位移线的总根数。,.,10,4.静电场的高斯定理,静电场的基本规律之一,此定理是用电通量表示的电场与场源电荷关系的规律。,（1）高斯定理：,通过任意闭合曲面S的电通量,S面包围的自由电荷的代数和,若S内的电荷是连续分布：,即：,K.F.Gauss德国物理学家、数学家、天文学家,.,11,1定理中D是所取的封闭面S（高斯面）上的电位移，它是由全部自由电荷（S内外）共同产生的合场强。,2e只决定于S面包围的电荷，S面外的电荷对e无贡献。,高斯定理的物理意义：,定理给出了静电场的重要性质,静电场是有源场,正负电荷就是场源,电位移线穿出,电位移线穿入,说明,或,.,12,q,r,解：分析可知q的电场是以它为中心的球对称的，,取以q为中心的球面为S面，,S,则：,由高斯定理：,利用上面的结论导出库仑定律.,.,13,将电荷q放在r处，,则q受力为：,库仑定律,1两定律以不同形式表示场源电荷与电场关系的同一客观规律。,2两者在反映静电场性质是等价的，但对运动电荷库仑定律不成立。,已求得点电荷的电场为：,q,r,q,定义：E是单位正电荷受的力。导出库仑定律：,库仑定律：已知q求E,高斯定理：当q对称分布时求E。,.,14,例.求均匀带电球面的电场分布。设半径为R，电量为+q。,dq,dE,dE,dq,R,解：取以r为半径的同心高斯球面S,o,r,r,E,o,R,.,15,例.求均匀带电球的电场分布。设半径为R，电量为+q。,dq,dE,dE,dq,R,解：取以r为半径的同心高斯球面S,o,r,r,E,o,R,从前面两例可见点电荷的电场在r0时，E,方向为r,.,16,例.用高斯定理求均匀带电的无限长圆柱棒的电场分布，已知线电荷密度。,解：,取以棒为轴，r为半径，高为l的高斯柱面。,通过该面的电通量：,0,0,问：r0，E？,体密度,均匀带电：,表面带电：,请同学们思考,.,17,小结高斯定理解题步骤：,（1）分析电场是否具有对称性