gaolu靜電場中的電介質(zhì)課件

第五章靜電場中的電介質(zhì)（DielectricInElectrostaticField）

§5.1電介質(zhì)對電場的影響§5.2電介質(zhì)的極化§5.3有介質(zhì)時(shí)靜電場的規(guī)律§5.4電容器及其電容

§5.5電容器的能量、有介質(zhì)時(shí)的電場能量它們又對立、又依存；但又常常并用。前言電介質(zhì)就是電的絕緣體。在概念上電介質(zhì)與導(dǎo)體構(gòu)成一對矛盾體。

在實(shí)際應(yīng)用中，它們的作用正相反，正如導(dǎo)體一樣，研究電介質(zhì)對電場的影響，也是電學(xué)中的一個(gè)十分重要的問題。

§5.1電介質(zhì)對電場的影響極板電量不變時(shí)，在極間充滿各向同性均勻電介質(zhì)前后的場強(qiáng)關(guān)系為：+Q-QE-Q+QE0r

介質(zhì)的相對介電常數(shù)（相對電容率）r與介質(zhì)種類和狀態(tài)有關(guān)。其中：空氣r=1，鈦酸鋇r=103—104。真空電介質(zhì)水（20℃，1atm）r=80，二、極化機(jī)制1、位移極化（displacementpolarization）對無極分子2、取向極化（orientationpolarization）對有極分子PPθEE說明：由于熱運(yùn)動(dòng)，不是都平行于；有極分子也有位移極化，倒是主要的了。三、極化強(qiáng)度（electricpolarization）定義極化強(qiáng)度矢量：這里V0是指宏觀上夠小，但微觀上夠大。要是取向極化，但在高頻場中，位移極化反不過在靜電場中主E不太強(qiáng)時(shí)，在各向同性介質(zhì)內(nèi)有：e

—電極化率PE

線性極化0四、極化電荷1、極化面電荷

以位移極化為例，設(shè)在電場力作用下正電荷在各向異性介質(zhì)內(nèi)，一般地說。向電場方向移動(dòng)。2、極化體電荷：Δq內(nèi)VS電介質(zhì)體束縛電荷密度為：封閉面內(nèi)的體束縛電荷等于通過該封閉面的電極化強(qiáng)度通量負(fù)值。[例]已知：介質(zhì)球均勻極化，極化強(qiáng)度為求：、。解：×PPσ′θ電介質(zhì)q0q§5.3有介質(zhì)時(shí)靜電場的規(guī)律一、

的高斯定理q內(nèi)q0內(nèi)′S又電介質(zhì)r=const.證：─q內(nèi)VS證明各向同性均勻介質(zhì)內(nèi)0=0處必有=0。例1均勻介質(zhì)r求：的分布。解：導(dǎo)體球內(nèi)：

導(dǎo)體球外：介質(zhì)和電場球?qū)ΨQ，選高斯面S，令其半徑r>R1，(高)R1·qO導(dǎo)體球Sr介質(zhì)內(nèi)：和均勻介質(zhì)[例2]

已知：導(dǎo)體球R1、qr下面求極化電荷q的分布

：rR1·q0O束縛電荷和自由電荷產(chǎn)生的電場分別為一、電容器C=QU2、計(jì)算：1、構(gòu)成：兩金屬間夾以電介質(zhì)層；2、指標(biāo)：電容和耐壓能力§5.4電容器及其電容二、電容1、定義：電容器帶電量與其電壓之比圓柱形電容器：球形電容器：平行板電容器的電容：一些典型電容器的電容：孤立導(dǎo)體的電容：串聯(lián)時(shí)，盡管總電容減小了，但是總的耐壓能力提高了。并聯(lián)時(shí)，盡管耐壓能力受到限制，但是總電容增加了。三、電容器的串并聯(lián)1、串聯(lián)等效電容為：2、并聯(lián)等效電容為二、有介質(zhì)時(shí)靜電場的能量密度以平板電容器為例來分析：電場能量密度：-+UQ-QE在空間任意體積V內(nèi)的電場能：對各向同性介質(zhì)：在真空中：