大学物理：6.2-.3静电场中的电介质

1、6. 2 静电场中的电介质,一、电介质的分类,电介质即绝缘体，其内无自由电子。,电介质分子,电偶极子,(甲烷分子 CH4 ),1. 无极分子电介质,如: H2、O2、CH4、 CO2、 N2、 石蜡、聚苯乙烯等分子。,无外场时分子的正、负电荷中心 重合，固有电矩 。,(甲烷分子 CH4 ),如: H2、O2、CH4、 CO2、 N2、 石蜡、聚苯乙烯等分子。,无外场时分子的正、负电荷中心 重合，固有电矩 。,2. 有极分子电介质,无外场时分子的正、负电荷中心不重合，固有电 矩 。,2. 有极分子电介质,无外场时分子的正、负电荷中心不重合，固有电 矩 。,(水分子 H2O ),二、电介质的极化,

2、对无极分子：,在外场的作用下，正负电 荷中心发生相对位移，称位 移极化。,端面出现极化电荷( 亦称 束缚电荷 )。,介质内部电场：,( 位移极化 ),端面出现极化电荷( 亦称 束缚电荷 )。,介质内部电场：,对有极分子：,在 时， 取向杂乱无章， ，对外不显电性。,对有极分子：,在 时， 取向杂乱无章， ，对外不显电性。,在 时， 向外场方向作 微小转动，称取向极化。此 时介质内：,端面出现极化电荷。体内 无净余电荷！,( 取向极化 ),端面出现极化电荷。体内 无净余电荷！,极化后介质端面出现极化电荷。体内无净余电荷！,一般地，外场越强，端面上的极化电荷越多。,极化电荷能与异号电荷中和吗? 为

3、什么?,极化后介质端面出现极化电荷。体内无净余电荷！,外场 时，皆不显电性； 时，极化电荷在 介质内产生的电场 与 反向， ！,一般地，外场越强，端面上的极化电荷越多。,撤去外场后，介质分子又无规则热运动状态，对外 又呈电中性！,极化电荷能与异号电荷中和吗? 为什么?,三、电介质的击穿,介质能承受的最大 电场强度 Eb 。,E0增加至Eb时，分子电离，,介质失去绝缘性！,击穿场强：,(介电强度 ),四、电极化强度,定义:,电极化强度,如何衡量电介质被极化的程度?,电介质,四、电极化强度,定义:,如何衡量电介质被极化的程度?,即：单位体积内的电偶极 矩矢量和为 。,电极化强度,单位：C m-2,

4、即：单位体积内的电偶极 矩矢量和为 。,单位：C m-2,例 已知，位于平板电容器间的矩形电介质端面上的极化 电荷面密度分别为 和 ，求介质的电极化强度。,例 已知，位于平板电容器间的矩形电介质端面上的极化 电荷面密度分别为 和 ，求介质的电极化强度。,解,该矩形介质可认为是均匀极化！,即介质内电极化强度 常矢量,取,则：,五、 与 的关系,未加入电介质时：,实验发现：加入介质后电场,且有,或,r 称为电介质的相对电容率。,令： ( 电极化率 ), 皆为纯正数，无单位！ 反映电介质极化的难易程度。, 皆为纯正数，无单位！ 反映电介质极化的难易程度。, 与 同方向 (对各向同性均匀电介质 )。,

5、 只在电介质内分布，真空中 P = 0。,的分布可用电极化强度线 即 线来描述：, 与 同方向 (对各向同性均匀电介质 )。, 只在电介质内分布，真空中 P = 0。,的分布可用电极化强度线 即 线来描述：,负极化电荷,正极化电荷,求极化电荷的一般步骤：,6. 3电位移 有介质的高斯定理,一、 的高斯定理,令：,( 称作电位移 ),则：,( 的高斯定理 ),令：,( 称作电位移 ),则：,( 的高斯定理 ),即：通过任意闭合曲面(高斯面)的电位移通量等于该 曲面所包围的自由电荷代数和！, 称为电介质的电容率 ( 或介电常数 )。,电位移 只是辅助量，无实际物理意义。,利用 的高斯定理可以求解有

6、电介质时的电场分 布，但同样只能求解球/柱/面对称的电场问题。,有电介质时电场问题的求解顺序：,由自由电荷的分布,例 已知金属球半径为R，带电量为Q，被两个同心介质 球壳包围，已知：R1，R2，R3，r1， r2，求： (1)电场分布；(2)金属球V；(3) r = R2面上的极化电荷。,解,电场为球对称分布。则：,电位移 亦为球对称分布。,例 已知金属球半径为R，带电量为Q，被两个同心介质 球壳包围，已知：R1，R2，R3，r1， r2，求： (1)电场分布；(2)金属球V；(3) r = R2面上的极化电荷。,解,电场为球对称分布。则：,电位移 亦为球对称分布。,r R1时：,r R1时：,r R1时：,r R1时：,1. 电介