电介质的极化..

二、极化电荷及其建立的电场
在介质体内无束缚电荷，在介质表面，极
化电荷面密度等于极化强度P，与极板上
自由电荷符号相反，极化电荷削弱自由电
荷建立的电场，故称退极化电场Ep，与极
化强度成正比，但方向相反。
E p = | s p | e0 = -P e0
二、极化电荷及其建立的电场
对各种形状的各向同性线点的场强，
E恒小于E0。
二、极化电荷及其建立的电场
局域电场
电介质内部充满着极化粒子（在电场E0作用下），
考虑作用在某一极化粒子上的电场，
该电场应是自由电荷以及除该极化粒子以外其它
极化粒子形成的偶极矩共同在该点形成的场强，
这种电场称局域电场El（local field）。
和场强
。
二、极化电荷及其建立的电场
把
，
，
，
称为退极化电场：
极化电荷在电介质内外真空中建立的电场
。
二、极化电荷及其建立的电场
退极化电场的特点：
其大小与电介质样品的几何形状有关。
例如：平行板电容器，极间充以各向同性
线性均匀电介质，电介质均匀极化，其极
化强度P处处相等。
二、极化电荷及其建立的电场
s pr = P cosq = P
电介质极化产生的感应偶极矩作为场源，
在电介质外部空间和内部建立电场。
二、极化电荷及其建立的电场
设电介质体积为V’，在V’内r’处的体
积元dV’中感应偶极矩P(r) dV’，
在电介质以外的场点r处的电势：
二、极化电荷及其建立的电场
V’内全部感应偶极矩在场点r处的电势
二、极化电荷及其建立的电场
二、极化电荷及其建立的电场

Pcos Pn
结论：束缚电荷面密度大小等于极化强度在ΔS面法线方向
上的分量,二者单位都是C/m2
例：求均匀极化的电介质球表面上极化电荷的分布，
已知电极化强度为P。
解： Pcos
00 P
900 0 1800 P
总结
基本性质：
电感应强度D 与自由电荷分布有关且为矢量，其方向起始 于正自由电荷，终于负自由电荷；D 在数值上等于该点自由 电荷面密度;各极板上自由电荷为q，极板附近D=q/s
电介质物理基础
第一章 电介质的极化
第二节 电介质的极化和介电系数
曾敏
问题的提出？
为什么要研究介质的极化？？
平板电容器中是真空时…
Q0
C
电量Q0，电压V，面密度δ 0， 板面积A，间距d。
V
图1平板电容器中的电荷与 电场分布(a)真空
……
平板电容器中以介质代替真空时
εr
问题的提出？
介质产生哪些 变化？？
εr是相对介电常数，与真空的比值； 介质绝对介电常数ε=ε0εr
εr是无量纲，且εr≥1
2.极化强度P(Polarization Rector)
1) P的定义：单位体积电介质的电偶极矩矢量总和.
P i
V
或
lim P
i
V 0 V
性质： 宏观物理量，很多粒子μi的平均值;
P与E方向有关；
单位为Cm/m3=C/m2;
极化强度P 只与极化电荷有关，P 是矢量，起始于于负极
化电荷，终于正极化电荷
电场强度E 与实际存在的所有电荷（包括自由电荷和极化 电荷）有关，E 是描述电场的基本矢量，D 和P 均可用E 来表
示
克劳休斯方程

电介质均匀极化电介质是一种能够在电场作用下发生极化的物质。

当一个电介质置于外电场中时，其分子或原子会发生重新排列，使得电介质内部产生一个与外电场相反的极化电场。

这种现象就是电介质的均匀极化。

电介质的极化是由于电场对电介质内部正负电荷的分离作用。

在外电场作用下，正电荷向电场方向运动，负电荷则向相反方向运动，产生了一个极化电场。

这个极化电场与外电场的叠加，形成了电介质内部的总电场。

电介质的极化可以通过两种方式实现：取向极化和变形极化。

取向极化是指电介质分子或原子在外电场作用下，由于受到电场力的作用，发生取向排列，使得正负电荷分离。

这种极化主要发生在极性分子中，如水、酒精等。

变形极化是指电介质由于外电场作用下，发生形状变化，从而使得正负电荷分离。

这种极化主要发生在非极性分子中，如氧气、氮气等。

电介质的极化程度可以用极化强度来衡量。

极化强度是指单位体积内极化电荷的总和，它与电场强度之间存在一定的关系。

极化强度的大小决定了电介质的极化程度，即电介质内部产生的极化电场的大小。

电介质的极化对电场的传播和电磁波的传输有重要影响。

在电介质中，极化电场会削弱外电场的作用，使得电场在电介质中的传播速度变慢。

同时，电介质的极化还会改变电磁波的传输特性，如折射、反射、吸收等。

电介质的均匀极化还可以用来制造电容器。

电容器是一种能够存储电荷的装置，它由两个导体板和介质组成。

当电介质置于两个导体板之间时，介质发生均匀极化，形成了一个极化电场。

这个极化电场与导体板上的电荷相互作用，使得电荷能够在电介质和导体板之间来回移动，从而实现了电荷的存储。

电介质的均匀极化还具有其他一些应用。

例如，在电子设备中，电介质的极化可以用来制造电子器件，如电容器、电感器等。

在光学领域，电介质的极化可以用来制造偏振器、光学器件等。

在材料科学中，电介质的极化可以用来改变材料的性质，如增加材料的介电常数、改变材料的导电性等。

电介质的均匀极化是电介质在外电场作用下产生的一种重要现象。

电介质的极化：当外电场作用与电介质时，会在电介质沿电场方向的两端形成等量异号电荷，就像偶极子一样，对外呈现极性，这种现象称为电介质的极化。

电介质的极化分类：1电子式极化2离子式计划（这两个无损耗）3偶极子式极化4空间电荷极化（这两个有损耗）Εr值由电介质的材料决定，并且与温度，频率等因素有关。

电介质的电导是离子性电导，金属的电导是电子性电导。

表征电导强弱程度的物理量为电导率γ，其倒数为电阻率ρ。

固体电介质的电导分为：体积电导和表面电导。

电介质电导在工程上的意义：1电介质电导的倒数即为介质的绝缘电阻。

电气设备的绝缘电阻包括体绝缘电阻和表面绝缘电阻两部门，通常所说的绝缘电阻一般指体绝缘电阻。

通过测量绝缘电阻，可判断绝缘是否受潮或有其他劣化现象。

2多层介质串联时在直流电压下各层的稳态电压分布与各层介质的电导成反比，故对直流设备应注意电导率的合理配合。

3电介质的电导对电气设备的运行有重要影响。

电导产生的能量损耗使设备发热，为限制设备的温度升高，有时必须降低设备的工作电流。

在一定的条件下，电导损耗还可能导致介质发生热击穿。

物理意义：:ic：通过的支路为无损支路；ia通过的支路为有损极化线路；ig通过的支路为泄漏电能的线路。

介质能量损耗：1有损极化引起的损耗。

2电导引起的损耗.介质能量的损耗称为介质损耗，直流不只有电导损耗。

ψ为功率因数角，ψ的余角δ称为介质损失角。

电介质的损耗在工程上的意义：1选用绝缘介质时，必须注意材料的tgδ，tgδ越大，介质的损耗也越大，交流下发热也越严重。

这不仅使介质容易劣化，严重时还可能导致热击穿。

2绝缘受潮时其tgδ会增大，绝缘中存在气隙或大量气泡时在高电压下tgδ也会显著增大，因此通过测量tgδ和tgδ-U的关系曲线，可发现绝缘是否受潮或存在分层，开裂等缺陷。

3使用电气设备时，必须注意他们对频率，温度和电压的要求，超出规定的范围时，不仅对电气设备本身的绝缘不利，还可能给其他工作带来不良影响。