导体和电介质.ppt

1、大学物理电子教案，静电场的导体和电介质，电介质的7-2极化，电介质的7-3高斯定理，电介质的7-2极化，所谓电介质是指不导电的物质，即绝缘体，其内部没有可移动的电荷。如果将电介质放入静电场，电介质原子中的电子和原子核在电场力的作用下会在原子范围内发生微观相对位移。当达到静电平衡时，电介质内部的场强不是零。在外电场中，电介质受到电场的影响，它也影响外电场。非极性分子：在没有固定电偶极矩的电场的情况下，分子的正负电荷中心重合，如H2、四氯化碳、二氧化碳、N2、氧气等。极性分子：在没有电场的情况下，分子的正电荷中心和负电荷中心不重合，但具有固定的电偶极矩，如H2O、盐酸等。1.电介质的分类。1.极化

2、的微观机制。每个分子的正电荷Q集中在一个点上，称为正电荷的“重心”，负电荷Q集中在一个点上，称为正负电荷的“重心”。分子形成电偶极子p=ql，2。非极性分子的极化机制使极化发生偏移，当没有外加电场时，分子的正负电荷中心重合；当有外电场存在时，正负电荷会被电场力拉走，偏离原来的位置，形成电偶极子，称为感应电偶极矩。在外电场中，每个分子都有一定的感应偶极矩，所以正负电荷出现在垂直于外电场的电介质的两个表面上。极化电荷或束缚电荷。3.极性分子的极化机制是定向极化。当没有外部电场时，电偶极子的排列是混乱的，因此它不向外部显示电。当有外部电场时，每个电偶极子都会受到一个力矩的作用。在这个力矩的作用下，电

3、介质中的电偶极子将转向外部电场的方向。极化电荷将在垂直于电场方向的两个表面上产生。极化电荷在外电场中，结合电荷的现象称为电介质极化。第二，偏振态的描述偏振强度矢量，1。引言，当没有外电场时，电介质没有极化，内部宏观小体积元中每个分子的电偶极矩的矢量和为零；当存在外部电场时，电介质被极化，并且在这个小体积单元中电偶极矩的矢量和将不为零。外部电场越强，分子电偶极矩的矢量和就越大。单位体积分子电偶极矩的矢量和用来表示电介质的极化程度。2.极化强度的定义。每单位体积分子电偶极矩的矢量和称为电介质的极化强度。3。描述，极化强度是用来表征电介质极化程度的物理量；单位：C.m-2，与电荷面积密度单位相同；如

4、果介质的极化强度和方向相同，则称之为均匀极化；否则，它被称为非均匀极化。4。极化强度与极化电荷面密度的关系。以电介质中长度为d、面积为s的圆柱体为例，圆柱体两个底面上的极化电荷面密度为-和，所以圆柱体中所有分子的电偶极矩的矢量和等于极化产生的极化电荷面密度。3.电介质中电场强度与极化电荷和自由电荷的关系；1.电介质中的电场强度；2.极化电荷和自由电荷之间的关系；3.电介质极化定律。c被称为电介质的极化率，它是各向同性线性电介质中的一个纯数值。在高频条件下，电介质的相对介电常数与外加电场的频率有关。电介质的7-3高斯定理，1。介电高斯定理它只与免费相关。第二，电位移矢量与电场强度的关系。关于电位

5、移矢量，说明电位移矢量是辅助量，电场强度是基本量。描述电场性质的物理量是电场强度和电势。在电介质中，回路定理仍然成立，静电场是保守场。(3)高斯定理在电介质中的应用：由于只需要考虑自由电荷，因此可以用电介质的高斯定理来简化计算。一般步骤是：首先用高斯定理计算电位移矢量的分布，然后用电位移矢量的分布计算电场强度的分布，以避免极化电荷带来的麻烦。例1。平行板电容器填充有具有极化率的均匀电介质。众所周知，充电后金属板上自由电荷的面积密度为。计算电容器的电容与无电介质时的C0电容之比。解决方案：如果一个圆柱高斯表面显示，那么电位移通量是高斯定理与介质。解决方案：如果一个圆柱形高斯表面被显示，那么电位移

6、通量是高斯定理与介质，所以场强减少到两倍的真空。电容：(注：电容的定义)将具有q0电量的金属球埋在具有绝对介电常数的均匀无限介质中，计算介质中的场强和介质与金属界面处的极化电荷面密度。由于金属球在介质中产生的场强满足球面对称关系，在介质中形成半径为R、与金属球同心的球面高斯曲面S(如图所示)，通量为：解为：根据介质高斯定理，我们得到：将向量公式写成：然后求出：在金属球和介质的界面上(r=R)，取任意一点b，因为：因此，极化电荷面积密度：讨论：(1)常数和逆符号；(2)界面上极化电荷的总量：因此，(3)界面上的总电荷为0，即总电荷减少到自由电荷的倍。同轴电缆的内导体和外导体由两层电介质隔开，它们的介电常数如图所示。如果内导体和外导体之间的电势差为U，使两层电介质中的最大场强相等的条件是什么？解决方法：假设电缆的内导体是带电的，r=R1单位长度，由于同轴电缆具有轴对称性，在介质中取与轴同心的圆柱高斯面，如图所示，电位移通量是：用介质高斯定理写成矢量，同样，在介质2中可以得到内导