电介质及其极化完整课件.ppt

1、9-4电介质及其极化电介质及其极化1.有极分子和无极分子电介质有极分子和无极分子电介质2.电介质的极化电介质的极化3.电极化强度电极化强度一、有极分子和无机分子电介质一、有极分子和无机分子电介质电介质是电阻率很大、导电能力很差的物质。电介质是电阻率很大、导电能力很差的物质。在静电问题中，常把电介质看作理想的绝缘体在静电问题中，常把电介质看作理想的绝缘体。有极分子：分子的正电荷中心与负电荷中心有极分子：分子的正电荷中心与负电荷中心不不重合。重合。ClHpHHPoNHHHP+有极分子的等效电偶极矩：有极分子的等效电偶极矩：整个电介质可以看成是无整个电介质可以看成是无数的点偶极子的聚集体。数的点偶极

2、子的聚集体。虽然每个分子的等效点偶虽然每个分子的等效点偶极矩不为零，但不管从电极矩不为零，但不管从电介质整体来看，还是从电介质整体来看，还是从电解质的某一小体积来看，解质的某一小体积来看，电解质是呈中性的。电解质是呈中性的。erqp无极分子：分子的正电荷中心与负电荷中心无极分子：分子的正电荷中心与负电荷中心重合。重合。无极分子的等效电偶极矩：无极分子的等效电偶极矩：无极分子电介质整体也是呈无极分子电介质整体也是呈中性的。中性的。0p二、电介质的极化二、电介质的极化1、无极分子的位移极化、无极分子的位移极化加上外电场后，在电场力作用下电介质分加上外电场后，在电场力作用下电介质分子的正负电荷中心不

3、再重合，形成一个电子的正负电荷中心不再重合，形成一个电偶极子，它们的等效电偶极矩偶极子，它们的等效电偶极矩P P的方向都的方向都沿着电场的方向。沿着电场的方向。E无 电 场 时有 电 场 时+电介质的两个和外电场强度电介质的两个和外电场强度 相垂直的相垂直的表面层里，将分别出现正电荷和负电荷。表面层里，将分别出现正电荷和负电荷。这些电荷不能离开介质，也不能在电介质这些电荷不能离开介质，也不能在电介质中自有移动，我们称之为极化电荷。这种中自有移动，我们称之为极化电荷。这种在外电场作用下，在电介质中出现极化电在外电场作用下，在电介质中出现极化电荷的现象叫做荷的现象叫做电介质的极化电介质的极化。由于

4、由于无极分子无极分子的极化在于正、负电荷中心的极化在于正、负电荷中心的相对位移，所以常叫做的相对位移，所以常叫做位移极化。位移极化。0E2、有极分子的取向极化、有极分子的取向极化在外电场中有极分子的固有电矩要受到一在外电场中有极分子的固有电矩要受到一个力矩作用，电矩方向转向和外电场方向个力矩作用，电矩方向转向和外电场方向趋于一致。趋于一致。+E无 电 场 时有 电 场 时+无外电场时无外电场时，有极分子电偶极矩取向不同，有极分子电偶极矩取向不同，整个介质整个介质不带电不带电。有机分子的极化就是等效电偶极子转向外电场的方向，所以叫做取向极化。一般来说，分子在取向极化的同时还一般来说，分子在取向极

5、化的同时还会产生位移极化，但是，对于有极分会产生位移极化，但是，对于有极分子电介质来说，在静电场作用下，取子电介质来说，在静电场作用下，取向极化的效应比位移极化的效应强得向极化的效应比位移极化的效应强得多，所以有极分子的极化机理是取向多，所以有极分子的极化机理是取向极化。极化。三、电极化强度三、电极化强度上面从分子的结构出发，说明了两类不同上面从分子的结构出发，说明了两类不同的电介质的极化过程，这两类电介质极化的电介质的极化过程，这两类电介质极化的微观过程虽然不同，但宏观的效果却是的微观过程虽然不同，但宏观的效果却是相同的，都是在电介质的两个相对表面上相同的，都是在电介质的两个相对表面上出现了

6、异号的极化电荷，在电介质内部有出现了异号的极化电荷，在电介质内部有沿电场方向的电偶极矩。沿电场方向的电偶极矩。1、电极化强度矢量、电极化强度矢量VPP单位体积内分子电偶极矩的矢量和单位体积内分子电偶极矩的矢量和电极化强度的单位是电极化强度的单位是2/mC2、电极化强度与总场强的关系、电极化强度与总场强的关系EPe0式中的比例因数式中的比例因数 和电和电介质的性质有关，叫做介质的性质有关，叫做介质的介质的电极化率。电极化率。e 3、束缚电荷与电极化强度的关系：、束缚电荷与电极化强度的关系：电偶极矩电偶极矩LdSqL电偶极矩的矢量和电偶极矩的矢量和因斜柱体的体积为因斜柱体的体积为 ，按定义，电，按

7、定义，电极化强度极化强度P的大小为的大小为LdSpcosdSLdV cosdVPppnppncosEP,nlSd上式表明，电介质极化时产生的极化电上式表明，电介质极化时产生的极化电荷的面密度，等于电极化强度沿外法线荷的面密度，等于电极化强度沿外法线方向的分量。方向的分量。例例9-4 半径半径R 的介质球被均匀极化，极化强的介质球被均匀极化，极化强度为度为P。求：求：1)介质球表面的分布；介质球表面的分布；2)极化电荷在球极化电荷在球心处的场。心处的场。PnSdxPdx cosPnP 由此可知，右半球面上由此可知，右半球面上0 左半球面上左半球面上0最最大大。处处，及及；处处，0022)在球面上

8、取环带在球面上取环带d dcossin2dsin2d22 RPRq解：解：1)球面上任一点球面上任一点dcossin2cos4dd2020PRqE 00203dcossin2dPPEE E E 沿沿x x轴负方向。轴负方向。在球心处的场在球心处的场9-5电介质中的静电场电介质中的静电场空间任一点的合场强空间任一点的合场强E应该是应该是0EEE外电场外电场总电场总电场极化电荷所极化电荷所激发电场激发电场一、平行板电容器均匀电介质一、平行板电容器均匀电介质极板间电介质中的合极板间电介质中的合场强场强E的大小为的大小为0EEE000+-EE0E00电介质中的电极化强度为电介质中的电极化强度为而而 代

9、入上式得代入上式得Epe0pEEPEEe000eEE100E上式表明，在均匀电介质充满整个电场的上式表明，在均匀电介质充满整个电场的情况下，电介质内部的场强情况下，电介质内部的场强E为场强为场强 的的 倍倍。e11两极板间的电势差两极板间的电势差)1(00edEdUSq0设极板的面积为设极板的面积为S,则极板上总的电荷量为则极板上总的电荷量为 极板间充满均匀电介质后的电容极板间充满均匀电介质后的电容为为dSUqCe)1(00)1(Ce即电容为两极板间是真空时电容即电容为两极板间是真空时电容 的的 倍。倍。0C)1(esq0由式由式 得得 和和 有如下关系有如下关系0/CCrreer1电介质内部

10、场强减弱为外场的电介质内部场强减弱为外场的 这一结论这一结论并不普遍成立，但是电介质内部的场强减弱并不普遍成立，但是电介质内部的场强减弱却是比较普遍的。却是比较普遍的。r/100)1(er二、均匀电介质球处于均匀外电场二、均匀电介质球处于均匀外电场0E放入电介质球前的均匀电场放入电介质球前的均匀电场放入介质球后球内外空间合场强的分布放入介质球后球内外空间合场强的分布+E+E 介质球内的场介质球内的场强已经在例题中求强已经在例题中求出为出为003PEE EPe0 023EEr 03PE E 0E与与方向相反方向相反+靠近球的外部空间，上下靠近球的外部空间，上下区域，合场强减弱；左右区域，合场强减弱；左右区域，合场强增强。区域，合场强增强。+-L（+-+-