大学物理-多媒体课件 -03 有导体和电介质存在时静电场2

1、1,5 电介质及其极化 一.电介质的微观图象 二.电介质分子对电场的影响 三.极化强度与极化电荷的关系 四.电介质的极化规律 五.自由电荷与极化电荷共同产生场 六.有介质时电容器的电容,2,思路： 电介质在电场中的电性质 寻找电介质存在时的电荷分布 利用叠加原理求场量,3,一.电介质的微观图象,有极分子 polar molecules 无极分子 non,二.电介质分子对电场的影响 1.无电场时,4,2. 有电场时 电介质分子的极化,结论：极化的总效果是介质边缘出现电荷分布,称呼：由于这些电荷仍束缚在每个分子中 所以称之为束缚电荷或极化电荷, , ,5,电偶极子排列的有序程度反映了介质被极化的程

2、度 排列愈有序说明极化愈烈,3.描述极化强弱的物理量-极化强度,单位,量纲,每个分子的电偶极矩,6,三.极化强度与极化电荷的关系,在已极化的介质内任意作一闭合面S,基本认识： 1）S 把位于S 附近的电介质分子分为两部分 一部分在 S 内 一部分在 S 外 2）只有电偶极矩穿过S 的分子对 S内外的极化电荷才有贡献,7,1.小面元dS附近分子对面S内极化电荷的贡献,分子数密度为 n,在dS附近薄层内认为介质均匀极化,薄层：以dS为底、长为l的圆柱,只有中心落在薄层内的分子才对面S内电荷有贡献 所以，,8,面内极化电荷的正负取决于 ； 将电荷的正负考虑进去，得小面元dS附近分子对面内极化电荷的贡

3、献写成,9,介质外法线方向,3.电介质表面（外）极化电荷面密度,10,四.电介质的极化规律,1.各向同性线性电介质 isotropy linearity,介质的电极化率,无量纲的纯数,11,五.自由电荷与极化电荷共同产生场,例1 介质细棒的一端放置一点电荷,P点的场强？,自由电荷产生的场 束缚电荷产生的场,介质棒被极化，产生极化电荷q1 q2 。 极化电荷q1 q2和自由电荷Q0共同产生场,12,求:板内的场强,解:均匀极化 表面出现束缚电荷,内部的场由自由电荷 和 束缚电荷 共同产生,例2 平行板电容器 ,自由电荷面密度为0,其间充满相对介电常数为r的均匀的各向同性的线性电介质,在真空中叠加

4、,13,该式普遍适用吗？,得,单独产生的场强为,单独产生的场强为,14,均匀各向同性电介质充满 两个等势面之间,15,解：,导体内部,内,内,真空,16,各向同性线性电介质均匀充满两个等势面间 思路,17,六.有介质时的电容器的电容,自由电荷,有介质时,电容率,6 电位移矢量,一.电位移矢量 定义,各向同性线性介质,介质方程,无直接物理含义,二. 有介质时的高斯定理 表达式：,证：,静电场中电位移矢量的通量等于闭合面内包围的自由电荷的代数和,自由电荷代数和,面内束缚电荷之代数和 面内自由电荷之代数和,证毕,1）有介质时静电场的性质方程 2）在解场方面的应用 在具有某种对称性的情况下 可以首先由高斯定理解出,思路,一.电容器的储能（静电能）,或通过电容的定义写成,7 静电场的能量密度,二.场能密度,单位体积内的电能定义为,办