靜電場中的電介質(zhì)

2.靜電平衡條件：導(dǎo)體內(nèi)部外表面表面導(dǎo)體是等勢(shì)體導(dǎo)體表面是等勢(shì)面3.靜電平衡時(shí)導(dǎo)體上電荷的分布：孤立導(dǎo)體表面上各處（1）體內(nèi)無空腔時(shí),電荷只分布在導(dǎo)體外表面上。導(dǎo)體外表面上各處（2）體內(nèi)有空腔時(shí)1.靜電平衡狀態(tài)：導(dǎo)體內(nèi)部和表面都沒有電荷的定向運(yùn)動(dòng)[上講主要內(nèi)容回顧]（1）導(dǎo)體內(nèi)場強(qiáng)處處為0（2）腔內(nèi)場強(qiáng)處處為0（1）導(dǎo)體內(nèi)場強(qiáng)處處為0腔中有電荷q（2）腔內(nèi)場強(qiáng)不為0（3）空腔內(nèi)表面感應(yīng)-q電荷，它與q在導(dǎo)體外部空間合場強(qiáng)為0

（5）空腔不是等勢(shì)區(qū)（4）導(dǎo)體外表面的電荷分布與無空腔實(shí)心導(dǎo)體相同腔中無電荷q（3）空腔內(nèi)表面上無電荷（5）導(dǎo)體殼連空腔為等勢(shì)區(qū)（4）導(dǎo)體外表面的電荷分布與無空腔實(shí)心導(dǎo)體相同4.靜電屏蔽定義：在靜電場中，因?qū)w的存在使某些特定的區(qū)域不受電場影響的現(xiàn)象稱之為靜電屏蔽.

1、用空腔導(dǎo)體屏蔽外電場

2、接地空腔導(dǎo)體屏蔽腔內(nèi)電場5-2靜電場中的電介質(zhì)[本節(jié)主要內(nèi)容]1、電介質(zhì)的極化[重點(diǎn)]*電介質(zhì)的極化2、極化強(qiáng)度3、有介質(zhì)時(shí)的高斯定理*有介質(zhì)時(shí)的高斯定理電介質(zhì)(絕緣體)定義：電阻率很大，導(dǎo)電能力很差的物質(zhì)，即絕緣體。

當(dāng)物體某部分帶電以后，電荷只停留在該部分，而不能顯著地向其它部分分布。特點(diǎn)：電介質(zhì)中的電子受所屬原子的原子核很強(qiáng)的束縛，即使在外電場作用下也只能沿電場方向相對(duì)于原子核作一微觀位移，無自由電荷的宏觀運(yùn)動(dòng)。每個(gè)分子整體呈中性，正負(fù)電荷分布在分子占據(jù)的整個(gè)空間，但我們可以給出一個(gè)等效的正電荷中心和負(fù)電荷中心。（常溫下電阻率大于107Ω·m）分子中的正負(fù)電荷束縛很緊，介質(zhì)內(nèi)部幾乎沒有自由電荷。+++++++++++-----------+++++++++++-----------兩板間為真空兩板間充滿均勻的電介質(zhì)時(shí)相對(duì)電容率電容率一電介質(zhì)對(duì)電場的影響相對(duì)電容率二電介質(zhì)的極化1.電介質(zhì)的微觀電結(jié)構(gòu)電介質(zhì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn):電介質(zhì)：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.絕緣體:不能導(dǎo)電的物體.導(dǎo)體:導(dǎo)電的原因是自由電子.半導(dǎo)體:導(dǎo)電原因是體內(nèi)的空穴和電子對(duì).兩大類電介質(zhì)分子結(jié)構(gòu)：在無外場時(shí)，分子的正、負(fù)電荷中心重合，不存在固有分子電偶極矩（1）無極分子：=CH4C--H+H+H+H+CH4=±+-H2O在無外場時(shí)，分子的正、負(fù)電荷中心不重合，分子存在固有電偶極矩。（2）有極分子：=電偶極子+--q+q+（氫、甲烷、石蠟等）（水、有機(jī)玻璃等）2.電介質(zhì)在外電場中的極化現(xiàn)象電介質(zhì)極化:在外電場的作用下,介質(zhì)表面產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象.極化電荷或束縛電荷(1)無極分子的位移極化±±±±±±±±±±±±±±±+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-在外電場作用下無外電場時(shí)E01）位移極化是分子的等效正負(fù)電荷作用中心在電場作用下發(fā)生位移的現(xiàn)象。2）均勻介質(zhì)極化時(shí)在介質(zhì)表面出現(xiàn)極化電荷,而非均勻介質(zhì)極化時(shí),介質(zhì)的表面及內(nèi)部均可出現(xiàn)極化電荷外電場中，分子中的正、負(fù)電荷受到相反方向的電場力正、負(fù)電荷中心發(fā)生微小相對(duì)位移

形成電偶極矩,并沿外場方向排列起來在電介質(zhì)與外電場垂直的兩個(gè)表面上將分別出現(xiàn)正、負(fù)極化電荷(束縛電荷)，無極分子介質(zhì)的極化稱為位移極化。結(jié)論：(2)有極分子的轉(zhuǎn)向極化+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-E0FF+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-無外電場時(shí)在外電場作用下FF+-E0無外場時(shí),因熱運(yùn)動(dòng)分子電矩取向雜亂,對(duì)整個(gè)介質(zhì)電矩之和為零,處于外場中時(shí),每個(gè)分子都要受到一個(gè)力矩的作用,使分子的固有電矩方向趨向于和外電場的方向一致而排列起來,隨外場的加強(qiáng),這種轉(zhuǎn)向加劇,使電介質(zhì)在垂直于電場方向的兩個(gè)側(cè)面上分別出現(xiàn)正、負(fù)電荷（極化電荷或束縛電荷），有極分子的極化稱為取向極化.兩種分子的微觀極化過程不同，而在產(chǎn)生分子電矩和束縛電荷方面的宏觀效果是一樣的，今后不與區(qū)分。注意：電介質(zhì)的極化演示

電介質(zhì)的擊穿當(dāng)E0很強(qiáng)時(shí),分子中正負(fù)電荷被拉開自由電荷絕緣體導(dǎo)體電介質(zhì)擊穿電介質(zhì)所能承受不被擊穿的最大電場強(qiáng)度——擊穿場強(qiáng)尖端放電，空氣電極擊穿E3kV/mm電介質(zhì)：導(dǎo)體：撤去外電場場后內(nèi)內(nèi)

電介質(zhì)的電極化與導(dǎo)體靜電平衡有本質(zhì)的區(qū)別幾乎沒有自由電荷存在大量自由電荷三電介質(zhì)中的電場強(qiáng)度極化電荷與自由電荷的關(guān)系外電場：極化電荷產(chǎn)生的電場：介質(zhì)內(nèi)的合電場：實(shí)驗(yàn)表明：在各向同性的均勻電介質(zhì)中，任一點(diǎn)處的場強(qiáng)與該處的外場成正比。為電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)為電介質(zhì)的介電常數(shù)++++++

------+++++++++++-----------極化電荷的面密度以充滿各向同性均勻電介質(zhì)的平板電容器為例介質(zhì)內(nèi)的合電場：++++++

------+++++++++++-----------設(shè)自由電荷面密度為，極化電荷面密度為

二極化強(qiáng)度

（電極化強(qiáng)度是反映介質(zhì)極化程度的物理量。）沒極化：+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-1.定義：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)度與該點(diǎn)的總場強(qiáng)成正比。e：介質(zhì)的極化率，它與電場強(qiáng)度E無關(guān)，取決于電介質(zhì)的種類。極化時(shí)：單位體積內(nèi)分子電偶極矩(電矩)矢量和——電介質(zhì)的極化程度2.電極化強(qiáng)度與極化電荷的關(guān)系：

設(shè)在均勻電介質(zhì)中截取一斜柱體，體積為V。結(jié)論：均勻電介質(zhì)表面產(chǎn)生的極化電荷面密度等于該處電極化強(qiáng)度沿表面外法線方向的投影。極化電荷帶正電極化電荷帶負(fù)電0x電極化強(qiáng)度通過任意封閉曲面的通量：在極化介質(zhì)內(nèi)取一面元矢量：沿方向，取一斜高為l、

底面積為ds的斜柱體。（2）、極化強(qiáng)度與極化電荷的分布（以無極分子為例）：其體積為：因極化越過面元的總電荷為:在介質(zhì)內(nèi)任取一閉合曲面S，因極化而越過ds

面向外移出閉合面S的電荷為通過任意閉合曲面的極化強(qiáng)度矢量的通量等于該閉合曲面內(nèi)的束縛電荷總量的負(fù)值。由電荷守恒定律：通過整個(gè)閉合曲面S向外移動(dòng)的極化電荷總量為：它等于S內(nèi)凈余極化電荷總量的負(fù)值。三有介質(zhì)時(shí)的高斯定理真空中的高斯定理有介質(zhì)時(shí)的高斯定理封閉曲面S所包圍的自由電荷。

封閉曲面S所包圍的極化電荷。

（均勻各向同性介質(zhì)）電位移矢量單位：

電位移通量——有介質(zhì)時(shí)的高斯定理上式表明：在靜電場中，通過任意閉合曲面的電位移通量等于該閉合曲面內(nèi)所包圍的自由電荷的代數(shù)和.注意1.介質(zhì)中的高斯定理包含了真空中的高斯定理（特殊介質(zhì)）只適用于各向同性的均勻介質(zhì)。2.3.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。是總場,與自由電荷q、極化電荷q有關(guān),其通量僅與自由電荷q

有關(guān)。有介質(zhì)時(shí)的高斯定理對(duì)于各向同性的電介質(zhì)：與的關(guān)系r:相對(duì)介電常數(shù)(相對(duì)電容率)或:介電常數(shù)

（電容率）注意：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：有介質(zhì)時(shí)靜電場的計(jì)算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)。

例常用的圓柱形電容器，是由半徑為的長直圓柱導(dǎo)體和同軸的半徑為的薄導(dǎo)體圓筒組成，并在直導(dǎo)體與導(dǎo)體圓筒之間充以相對(duì)電容率為的電介質(zhì).設(shè)直導(dǎo)體和圓筒單位長度上的電荷分別為和。求（1）電介質(zhì)中的電場強(qiáng)度和電位移；（２）電介質(zhì)內(nèi)、外表面的極化電荷面密度。（3）電介質(zhì)內(nèi)、外表面的電勢(shì)差。解