06静电场6电介质精品PPT课件

1.电极化现象： 在外电场的作用下，均匀电介质在⊥场强方向
上的两个侧面出现等量异号电荷——极化电荷 （束缚电荷），这种现象，叫电介质的极化。 极化电荷——与导体中的自由电荷相对应，不能 用传导的方法引走。 介质内： 总场强 E E0 E
E 0 — 外电场（由自由电荷 q0产生） E—附加电场（由极化电荷 q产生）
乱
-
+ +有 序
-
+
由于热运动，对外不显电性。
取向极化
（2）无极分子(nonpolar molecule)电介质：
无外场时，分子正、负电荷的 “重心”重合， 无固有电矩。如：H2 ，N2 ，He， CO2 ， CH4 …
撤去外电场正、负电荷 的 “重心”重合。
对外不显电性
-
+
-
+
-
+
-
+
位移极化
（本章只讨论各向同性均匀电介质）
§5.1 电介质对电场的影响
极板电量不变时，在极间充满各向同性均匀电介质
前后的场强关系为：
+Q -Q +Q -Q
E E0 / r
电
r ：介质的相对介电常数（相对电
容率）（relative permittivity）
介 质
真 空
r 与介质种类和状态有关。 r 1
水分子是有极分子， 在电场的作用下发生取 向极化，极化电荷受梳 子电荷电场力的作用， 导致水柱偏移。
▲无极分子只有位移极 化。有极分子既有位移 极化，又有取向极化， 在静电场中主要是取向 极化。
但在高频场中，位移极化反倒是主要的了。
3. 定极义化：强度P （ leimlectriVcpip,olarpizi a：ti分on子）电矩。 V 0
（Dielectric In Electrostatic Field）
前言 §5.1 电介质对电场的影响 §5.2 电介质的极化 §5.3 D的高斯定律 §5.4 电容器和它的电容 §5.5 电容器的能量
前言
电介质就是电的绝缘体。 在概念上电介质与导体构成一对矛盾体。 它们又对立、又依存；在实际应用中， 它们的作用正相反，但又常常并用。 正如导体一样，研究电介质对电场的影响， 也是电学中的一个十分重要的问题。
书P127表5.1列出了某些电介质的r ，
E
E0
其中：空气 r= 1， 水（20℃， 1atm） r = 80， 钛酸钡 r = 10 3～10 4。
介质F中 的 库F仑r0 定 律4：q10q1r r 2 eˆr
q1 r
r
q2
§5.2 电介质的极化(polarization of dielectric)
D d S
D通 量)： q0
D D dS
高斯面S 内自由
S
电荷的代数和
——介质中的高斯定律（推导过程不要求）
对各向同性介质， 可先求出 D，再由 求出 E。 注意， D只是一个辅助量！
E
D
说明： 对应于矢量D所画的场线称为D线。通过 任一闭合曲面的D通量，等于该曲面内所包围的 自由电荷的代数和。D线起始于正自由电荷终止 于负自由电荷，与束缚电荷无关。而电场线起始 于正电荷终止于负电荷，包括自由电荷和与束缚 电荷。
E 与 E0 反向，且 E E0 E E0 且 E 0.
带静电的梳 子为什么能 吸引水柱？
2.介质极化的微观机制 （1）有极分子(polar molecule)电介质：
无外场时，分子正、负
电荷的“重心”分开，每
个分子可等效为一个电偶
极子，具有固有电矩，如:
水，HCl，NH3 …
杂
-
极板间的电势差为一单位时极板所带的电量。
单位（SI）: 法拉（F）。 1F 1C V 1
1F 106 F 1012 pF .
3. 几种常见电容器电容的计算
+q -q
（1）平行板电容器:
E
,
q
B S
U U A U B
E dl
A
E

A
B
ε
S
S
Ed
q
S
d
d
C
q U
S
d
只取决于本身的几何特性和介质。
E 不太强时，在各向同性介质内有：
P 0 ( r 1)E 0 e E P
e ——电极化率（polarizability） 线性极化
e r 1 e 0
o
E
4. 极化电荷（polarizatcon charge）
（1）极化面电荷 P131第六行～P131倒数 （2）极化体电荷 第七行。（自学了解）
既然选准了一条路， 就别去问“还有多远”
人生三件宝
谦虚、勤奋加思考
上次课小结：
理解静电感应现象、静电平衡的概念。
掌握导体静电平衡的条件（重点）。 ① E 内 0 ② Es 表面
掌握静电平衡时导体上的电荷分布。 静电平衡条件，电荷守恒，高斯定律。
了解静电屏蔽的原理及应用。
第5章 静电场中的电介质
0 r ——介质的介电常量（电容率）。
电位移矢量既包含场强，又包含极化强度，它
是综合反映电场和电介质两种性质的物理量。
真在但2空 介q. ´D中质很的的 中难高高：确sE斯斯定定定。d律s律可：以证sE(明q，0d0s
q
qi内
0
)
q内′
q0 q0内
电介质
E d S
q0
q
S
S
引入电位移通量(
（2）球形电容器
- Q
两球壳间
E
Q
4r 2
两球面间的电势差
-
U
R2 R1
E dr
Q( R2 R1 )
书p139 “静电场的边界条件”不要
求
§5.4 电容器及其电容（capacitor and capacity）
1. 电容器（capacitor） 由两金属极板，其间充以电介质构成。
2. 电容器的电容（capacity）
C
Q U
Q：任意一极板的电量的绝对值；
U =（+ - - ）。
物理意义：电容器的电容在量值上等于两
介质中的静电场规律:
在有电介质的静电场中，电势、电势能、电
势与场强的关系等仍然有效,通过任意闭合曲面的
电通量仍遵从高斯定律，不过在高斯定律中的电
荷包括高斯面内的自由电荷q0和极化电荷q' 。
真空中
介质中
设
0
0， 则点电荷场中的电势为
q
4 r
无限大均匀带电平行板：
真空中： 介质中：
E E
0
D
§5.3 D的高斯定律
1.
电q位0 移（E0electrEic q E
displacement）矢量
E0 E
q0
电介质
为了计算方便，引 入电位移矢量 ：
D
0E
P
q
对各向 同性电介质 P e 0 E
D 0 (1 e )E 0 r E E
r 1 e ——介质的相对介电常量；