計(jì)算機(jī)電介質(zhì)

計(jì)算機(jī)電介質(zhì)第一頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五§7.1靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體一.導(dǎo)體的靜電平衡條件1、靜電平衡：

當(dāng)一帶電體系的電荷靜止不動(dòng)，電場(chǎng)分布也不隨時(shí)間變化時(shí)，該帶電體系就達(dá)到了靜電平衡狀態(tài)；（1）導(dǎo)體內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)處處為零；（2）導(dǎo)體外靠近其表面處的場(chǎng)強(qiáng)處處與導(dǎo)體表面垂直。2.均勻?qū)w靜電平衡的條件第二頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.靜電平衡條件下實(shí)心導(dǎo)體的靜電性質(zhì)：

導(dǎo)體是等勢(shì)體，導(dǎo)體表面是等勢(shì)面。但導(dǎo)體的電勢(shì)與外部電場(chǎng)有關(guān)。（1）電勢(shì)分布：第三頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五（2）電荷的分布導(dǎo)體體內(nèi)處處凈電荷為零，電荷只分布在導(dǎo)體的表面；由高斯定理導(dǎo)體帶電只能在表面！第四頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五對(duì)孤立的帶電導(dǎo)體，電荷在導(dǎo)體表面凸出的尖銳部分電荷面密度較大；在比較平坦部分電荷面密度較?。辉诒砻姘歼M(jìn)部分帶電面密度最小。尖端放電孤立導(dǎo)體孤立導(dǎo)體尖端處電荷多應(yīng)用：視頻第五頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五熒光質(zhì)導(dǎo)電膜+高壓場(chǎng)離子顯微鏡(FIM)金屬尖端的強(qiáng)電場(chǎng)的應(yīng)用一例接真空泵或充氦氣設(shè)備金屬尖端接地原理：樣品制成針尖形狀，針尖與熒光膜之間加高壓，樣品附近極強(qiáng)的電場(chǎng)使吸附在表面的原子電離，氦離子沿電力線運(yùn)動(dòng)，撞擊熒光膜引起發(fā)光，從而獲得樣品表面的圖象。第六頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五（3）場(chǎng)強(qiáng)分布i導(dǎo)體內(nèi)部但導(dǎo)體電荷分布仍受外部電場(chǎng)的影響；ii導(dǎo)體外靠近表面處的與表面垂直，其大小取決于該導(dǎo)體表面的面電荷密度處處第七頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五證明：導(dǎo)體導(dǎo)體表面電荷密度相應(yīng)的電場(chǎng)強(qiáng)度為設(shè)P是導(dǎo)體外緊靠導(dǎo)體表面的一點(diǎn)^：外法線方向?qū)w表面寫(xiě)作：第八頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五證明:S與等勢(shì)體矛盾?4、空腔導(dǎo)體的靜電性質(zhì)在導(dǎo)體殼內(nèi)緊貼內(nèi)表面作高斯面S高斯定理若內(nèi)表面有一部分是正電荷一部分是負(fù)電荷則會(huì)從正電荷向負(fù)電荷發(fā)電力線

空腔導(dǎo)體的電荷只分布在外表面（1）腔內(nèi)無(wú)帶電體i電荷分布：第九頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五

空腔內(nèi)無(wú)電場(chǎng)，各點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)為零即空腔導(dǎo)體電勢(shì)處處相等，但其電勢(shì)受外電場(chǎng)的影響ii場(chǎng)強(qiáng)分布iii電勢(shì)分布第十頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五（2）.腔內(nèi)有帶電體電荷分布電場(chǎng)分布

（用高斯定理可證）或說(shuō)在腔內(nèi)腔內(nèi)電場(chǎng)只由腔內(nèi)帶電體與殼的內(nèi)部形狀決定，殼外電荷對(duì)殼內(nèi)電場(chǎng)沒(méi)有影響殼外電場(chǎng)只由殼外情況決定，不受殼內(nèi)電荷的影響第十一頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五-Q+Q+Q-Q+Q+Q+Q+Q-Q第十二頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五封閉導(dǎo)體殼（不論接地與否）內(nèi)部電場(chǎng)不受殼外電荷的影響，只與內(nèi)部帶電量及內(nèi)部幾何條件及介質(zhì)有關(guān)接地封閉導(dǎo)體殼外部電場(chǎng)不受殼內(nèi)電荷的影響只由外部帶電體和外部幾何條件及介質(zhì)決定靜電屏蔽：靜電屏蔽的裝置---接地導(dǎo)體殼視頻第十三頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五1、電介質(zhì)分子結(jié)構(gòu)正常情況下，電子相對(duì)于核球?qū)ΨQ分布，所有原子的正、負(fù)電荷中心重合在一起+-（1）有極分子一、靜電場(chǎng)中的電介質(zhì)：§7-2靜電場(chǎng)中的電介質(zhì)電極化密度第十四頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五有極分子(a)HCl(b)H2O(c)NH3無(wú)電場(chǎng)時(shí)熱運(yùn)動(dòng)---紊亂電中性第十五頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五無(wú)極分子+-（2）無(wú)極分子(b)CH4(a)He第十六頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.電介質(zhì)極化位移極化和取向極化1、位移極化無(wú)極分子極化示意圖+--+++++++極化電荷第十七頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五（2）取向極化有極分子取向極化示意圖有極分子+–++極化電荷第十八頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五宏觀上無(wú)限小微觀上無(wú)限大的體積元每個(gè)分子的電偶極矩3.電極化強(qiáng)度（1）定義：（2）極化強(qiáng)度與極化電荷的數(shù)量關(guān)系位移極化第十九頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五（2）dV內(nèi)所有分子電偶極矩的矢量和:極化電荷面密度：斜圓柱體的體積:第二十頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五二、介質(zhì)極化的應(yīng)用：1。微波爐：食物從內(nèi)到外同時(shí)加熱；變成炸彈的雞蛋第二十一頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2、高頻電療：在高頻電場(chǎng)作用下，電介質(zhì)分子反復(fù)極化；3、工業(yè)上的應(yīng)用電容傳感器:

以各種類型的電容為傳感元件,將被測(cè)物理量的變化變化為電容的變化平行板電容器電容:電容傳感器分為三種類型:變間隙式;變面積式;變介電常數(shù)式第二十二頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五（一）變間隙式d板間隙變化d，電容器電容增量：12（2與待測(cè)物相連）第二十三頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五實(shí)際應(yīng)用中，為改善非線性，提高靈敏度常采用差動(dòng)式（2與待測(cè)物相連）1232上移d，電容器總電容改變量：的非線性得到改善，改變提高了兩倍第二十四頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五（二）變面積型12（2與待測(cè)物相連）aba極板2有位移a，電容器電容改變量：優(yōu)點(diǎn)：（1）C~a線性；（2）a大小不受限制第二十五頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五（三）變介電常數(shù)測(cè)量油罐內(nèi)油位的電容式傳感器123DdLH傳感器的電容：第二十六頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五§6-3電位移矢量有電介質(zhì)時(shí)的的高斯定理一、電位移矢量1、極化電場(chǎng)是有勢(shì)場(chǎng)2、介質(zhì)中的高斯定理

真空中介質(zhì)中第二十七頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五以平行板電容器為例:AB++++++–––––––––+++s1s2選柱形閉合曲面為高斯面:第二十八頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五AB++++++–––––––––s1s2引入:+++通過(guò)閉合曲面的電位移通量等于該閉合曲面所包圍的自由電荷的代數(shù)和有介質(zhì)時(shí)的高斯定理:各向同性均勻介質(zhì):第二十九頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五說(shuō)明:(1)閉合曲面的電位移通量只和曲面內(nèi)的自由電荷有關(guān)(2)電位移矢量不僅決定于自由電荷的分布,還和極化電荷的分布有關(guān)第三十頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五例1:平行板電容器帶電量為Q0,在負(fù)極板附近充上一層相對(duì)介電常數(shù)為r的電介質(zhì)求:(1)板間空氣中的(2)電介質(zhì)中的和和AB++++++––––––Q0(0)r第三十一頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五AB++++++––––––Q0(0)r解:(1)做柱形高斯面:s1s2第三十二頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五AB++++++––––––Q0(0)rs1s2又:第三十三頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五AB++++++––––––Q0(0)rs1s2(2)做柱形高斯面:又:第三十四頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五AB++++++––––––Q0(0)rs1s2第三十五頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五AB++++++––––––Q0(0)r第三十六頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五rAB++++++––––––Q0(0)說(shuō)明:(1)電位移線起始于正的自由電荷,止于負(fù)的自由電荷;(2)電場(chǎng)線起止于各種正、負(fù)電荷，包括自由電荷和極化電荷；第三十七頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五rAB++++++––––––Q0(0)（3）在均勻介質(zhì)中極化電荷的產(chǎn)生使介質(zhì)中場(chǎng)強(qiáng)減小了（4）介質(zhì)中電極化強(qiáng)度線從負(fù)極化電荷指向正極化電荷第三十八頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五總結(jié)：1、計(jì)算極化強(qiáng)度：第三十九頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五2、電荷分布均勻時(shí)，電位移與介質(zhì)無(wú)關(guān)；當(dāng)電荷分布不均勻時(shí)，電位移與介質(zhì)有關(guān)A介質(zhì)球只有A：BA和B：第四十頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五例:一個(gè)點(diǎn)電荷q放在介電常數(shù)為的無(wú)限大均勻介質(zhì)中，點(diǎn)電荷在介質(zhì)中產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)和電勢(shì)各為多少？點(diǎn)電荷在任意空間產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)和電勢(shì)分別為：無(wú)限大均勻介質(zhì)中任意點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)和電勢(shì)：第四十一頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五§7靜電場(chǎng)的能量能量密度一、電容器具有的能量：----++++----+++++q-q視頻第四十二頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期五----++++某一時(shí)刻t，電容器兩端電壓U（t），帶電量為q（t）1、電容器電量增加dq，外力克服電場(chǎng)力做功：dW=Udq第四十三頁(yè)，