大學(xué)物理課件：第7章 靜止電荷的電場(chǎng)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(méi)有自由電荷。電介質(zhì)的特點(diǎn)：7-8 靜電場(chǎng)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(guò)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(wú)極分子：=C-H+H+H+H+H4C+-1、無(wú)極分子的位移極化+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-E 在外電場(chǎng)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(wú)極分子在外場(chǎng)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(chǎng)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(méi)極化：極化時(shí)：+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-定義：（C m-2 ）介質(zhì)內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)：實(shí)驗(yàn)表明： 對(duì)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(chǎng)強(qiáng)成正比。e 稱為介質(zhì)的極化率極化率e與場(chǎng)強(qiáng)E無(wú)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(chǎng)（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(chǎng)1、各向同性電介質(zhì)均勻充滿整個(gè)電場(chǎng)空間例如無(wú)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(chǎng)強(qiáng)合場(chǎng)強(qiáng)其大小減弱定義：電介質(zhì)的相對(duì)電容率電介質(zhì)中對(duì)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(chǎng)但介質(zhì)側(cè)面與電場(chǎng)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(chǎng)的環(huán)路定理靜電場(chǎng)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(duì)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(chǎng)中，通過(guò)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(shuō)明：（1）介質(zhì)中的高斯定理雖說(shuō)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(chǎng)的基本物理量是電場(chǎng)強(qiáng)度 。真空中：所以：（4）電場(chǎng)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(chǎng)線（ 線） 線起止于任何正負(fù)電荷與 的關(guān)系對(duì)于各向同性的電介質(zhì)：r 稱為：相對(duì)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(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)度與電位移矢量的關(guān)系計(jì)算場(chǎng)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(duì)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