高二物理競賽電介質對電場的影響 課件

第五章靜電場中的電介質電介質(絕緣體)：內部沒有可以自由移動的電荷，因而完全不能導電。電介質在外電場的作用下會發(fā)生電極化現(xiàn)象，從而會反過來影響原電場的分布。本章主要內容討論處于外電場中的電介質的極化現(xiàn)象及其與外電場之間相互影響的規(guī)律。本章基本要求1.了解靜電場中電介質的極化現(xiàn)象及其微觀本質；理解有介質時的高斯定理。2.理解電容的概念，會計算電容器的電容。3.了解有介質時的電場能量的計算。+++++++-------+++++++-------電介質的相對介電常量(相對電容率)1電介質對電場的影響電介質的插入使板間的電場減弱(2)分子內正、負電荷重心是重合的，這類分子稱為非極性分子。如氦(He)、氫(H2)、甲烷(CH4)等。電矩：p=0b.非極性分子+1.當非極性分子處在外電場中時，每個分子中的正、負電荷將分別受到相反方向的電場力F+

、F-

作用而被拉開，導致正、負電荷重心發(fā)生相對位移

l

而成為一個電偶極子。E+lp感生電矩：其方向都沿著外電場的方向◆整塊的非極性分子電介質在外電場作用下，在和外電場垂直的電介質兩側表面上，分別出現(xiàn)正、負電荷層。注：這兩側表面上分別出現(xiàn)的正電荷和負電荷是和介質分子連在一起的，不能在電介質中自由移動，也不能脫離電介質而獨立存在，故稱為面束縛電荷或面極化電荷。++++++2.當有極分子電介質在有外電場E0時，每個分子的固有電矩都受到力偶矩作用，要轉向外電場的方向。注意：由于分子熱運動的干擾，并不能使各分子電矩都循外電場的方向整齊排列。外電場愈強，分子電矩的排列愈趨向于整齊。Ep+◆整塊的極性電介質在垂直于外電場方向的兩個表面上也出現(xiàn)面束縛電荷。注意：如果撤去外電場，由于分子熱運動，分子電矩的排列又將變得雜亂無序，電介質又恢復電中性。++++++兩種電介質，其極化的微觀過程雖然不同，但卻有同樣的宏觀效果：因此，在宏觀上表征電介質的極化程度和討論有電介質存在的電場時，就無需把這兩類電介質區(qū)別開來，而可統(tǒng)一地進行論述。2.電場越強，電場對介質的極化作用越劇烈，介質上出現(xiàn)的束縛電荷也就越多。1.

介質極化后，都使得其中所有分子電矩的矢量和，同時在介質上都要出現(xiàn)面束縛電荷；小結三.電極化強度矢量1.P：表征電介質的電極化程度的物理量對于非極性分子而言，每個分子的感生電矩都相同，則P=npn：單位體積內的分子數(shù)SI單位：C/m2

（與面電荷密度的單位相同）實驗指出，對于各向同性的電介質，其中每一點的電極化強度P

大小與該點的總電場強度E

大小成正比，且方向相同，即電介質的電極化強度隨外電場的增強而增大。電極化率極化電荷的產生體積元dV

內的分子的正電荷的重心都能越過dS

面到前側去。2.電極化強度P

與面束縛電荷的關系以非極性分子為例考慮電介質內部某一小面元dS

處的極化lEP由于極化而越過dS

面的總電荷為：將p=ql，P=np

代入得：表示：dS

面上因極化而越過單位面積的電荷極化電荷的產生lEP◆若面碰巧是電介質的面臨真空的表面，則得到面