大學(xué)物理課件：第7章 靜止電荷的電場4

1、電阻率很大，導(dǎo)電能力很差的物質(zhì)。即絕緣體。 分子中的正負(fù)電荷束縛的很緊，介質(zhì)內(nèi)部幾乎沒有自由電荷。電介質(zhì)的特點(diǎn)：7-8 靜電場中的電介質(zhì)電介質(zhì)：一、電介質(zhì)的微觀機(jī)制和極化過程兩大類電介質(zhì)分子結(jié)構(gòu)：分子的正、負(fù)電荷中心重合。不存在固有分子電偶極矩。分子的正、負(fù)電荷中心不重合，分子存在固有電偶極矩。(1)、有極分子：-q+q=O-H+H+H2O(2)、無極分子：=C-H+H+H+H+H4C+-1、無極分子的位移極化+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-E 在外電場的作用下，介質(zhì)表面產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象稱為電介質(zhì)的極化。 由于極化，在介質(zhì)表面產(chǎn)生的電荷稱為極化電荷或稱束縛電荷。 無極分子在外場的

2、作用下由于正負(fù)電荷中心發(fā)生偏移而產(chǎn)生的極化稱為位移極化。2、有極分子的取向極化+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-EoFF+-Eo 有極分子在外場中發(fā)生偏轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的極化稱為取向極化。二、電極化強(qiáng)度矢量電極化強(qiáng)度矢量 是反映介質(zhì)極化程度的物理量。+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-Eo沒極化：極化時(shí)：+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-定義：（C m-2 ）介質(zhì)內(nèi)的場強(qiáng)：實(shí)驗(yàn)表明： 對于各向同性的均勻電介質(zhì)，其中任一點(diǎn)處的電極化強(qiáng)度矢量與該點(diǎn)的總場強(qiáng)成正比。e 稱為介質(zhì)的極化率極化率e與場強(qiáng)E無關(guān)，取決于電介質(zhì)的

3、種類。+-三、電極化強(qiáng)度與極化電荷的關(guān)系 設(shè)一均勻電介質(zhì)薄片（S、l）置于電場（E）中，表面將出現(xiàn)極化電荷。 在均勻介質(zhì)中， 極化電荷只出現(xiàn)在介質(zhì)表面或兩種介質(zhì)的分界面上。一般情形：為薄片表面法向單位矢量四、電介質(zhì)中的靜電場1、各向同性電介質(zhì)均勻充滿整個(gè)電場空間例如無限大平行板電容器+ -+ -+ -+ -+ -+ - + - -+兩極板間為真空時(shí)加入介質(zhì)后電介質(zhì)表面電荷面密度為產(chǎn)生的附加場強(qiáng)合場強(qiáng)其大小減弱定義：電介質(zhì)的相對電容率電介質(zhì)中對于各向同性的均勻電介質(zhì)均適用如平行板電容器內(nèi)-+ -+ -+ -+ -+ -+ - + - 2、均勻介質(zhì)部分充滿電場但介質(zhì)側(cè)面與電場垂直介質(zhì)內(nèi)仍有介質(zhì)外不

4、變7-9 介質(zhì)中的高斯定理，電位移矢量一、有電介質(zhì)時(shí)靜電場的環(huán)路定理靜電場的環(huán)路定理仍成立， 而 的范圍擴(kuò)展啦二、介質(zhì)中的高斯定理，電位移矢量真空中的高斯定理：介質(zhì)中的高斯定理：以平板電容器為例：+- +-+EP對于同一閉合面S代入上式定義電位移矢量：介質(zhì)中的高斯定理： 在任何靜電場中，通過任意閉合曲面的電位移通量等于該曲面所包圍的自由電荷的代數(shù)和。說明：（1）介質(zhì)中的高斯定理雖說是從平板電容器這一特例推導(dǎo)出，但它卻有普適性。 （2）介質(zhì)中的高斯定理包含了真空中的高斯定理。 （3）電位移矢量 是一個(gè)輔助量。描寫電場的基本物理量是電場強(qiáng)度 。真空中：所以：（4）電場中也可人為地畫一系列 （電位移

5、線），從正的自由電荷出發(fā)；終止于負(fù)的自由電荷。不同于電場線（ 線） 線起止于任何正負(fù)電荷與 的關(guān)系對于各向同性的電介質(zhì)：r 稱為：相對介電常數(shù) 稱為：介電常數(shù)注：是定義式，普遍成立。只適用于各向同性的均勻介質(zhì)。真空中：介質(zhì)中：計(jì)算電介質(zhì)中場強(qiáng)的步驟：1、根據(jù)介質(zhì)中的高斯定理計(jì)算出電位移矢量。2、根據(jù)電場強(qiáng)度與電位移矢量的關(guān)系計(jì)算場強(qiáng)。例7-24自由電荷面密度為o的平行板電容器，其電容量為多少？極化電荷面密度為多少？已知d，S， r+o- o-+解：D由介質(zhì)中的高斯定理+o- oEo-+E例7-25一平行板電容器，中間有兩層厚度分別為d1和d2的電介質(zhì)，它們的相對介電常數(shù)分別為r1和r2，極板面積為S。求電容。r1r2d1d2解：設(shè)兩極板帶電荷面密度為例7-26一平行板電容器充以兩種不同的介質(zhì)，每種介質(zhì)各占一半體積。求其電容量。解：設(shè)兩半面帶電荷面密度分別為由高斯定理得兩部分內(nèi)電位移矢量大小分別為則要求即方法二:例7-27球形電容器