静电场中的电介质

1、5.45.4 静电场中的电介质静电场中的电介质第五章第五章 静电场静电场5.4 5.4 静电场中的电介静电场中的电介质质电介质电介质绝缘体绝缘体不导电不导电在外电场在外电场 E内内 05.45.4 静电场中的电介质静电场中的电介质第五章第五章 静电场静电场1.电介质的电结构电介质的电结构每个分子每个分子带负电的电子（束缚电子）带负电的电子（束缚电子）带正电的原子核带正电的原子核一般分子内正负电荷一般分子内正负电荷 不集中在同一点上不集中在同一点上所有所有负电荷负电荷负负重心重心所有所有正电荷正电荷正正重心重心两类电介质：两类电介质：重心不重合重心不重合重心重合重心重合p有极分子有极分子0 p无

2、极分子无极分子两种电介质放入外电场，两种电介质放入外电场，其表面上都会出现电荷。其表面上都会出现电荷。电极化电极化135.45.4 静电场中的电介质静电场中的电介质第五章第五章 静电场静电场二二 电介质的极化电介质的极化无极无极分子电介质：（氢、甲烷、石蜡等）分子电介质：（氢、甲烷、石蜡等）有极有极分子电介质：（水、有机玻璃等）分子电介质：（水、有机玻璃等）5.45.4 静电场中的电介质静电场中的电介质第五章第五章 静电场静电场1 1）无极分子的位移极化）无极分子的位移极化0 eP无外电场时无外电场时 ePffl外外E加上外电场后加上外电场后0 ePe+两端面出现两端面出现极化电荷层极化电荷层

3、外外E5.45.4 静电场中的电介质静电场中的电介质第五章第五章 静电场静电场2 2）有极分子的转向极化）有极分子的转向极化ff外外EPMe +外外E+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +无外电场时，分子电无外电场时，分子电矩的取向是无规的。矩的取向是无规的。外外EeP加上外场加上外场两端面出现两端面出现极化电荷层极化电荷层转向转向外电场外电场eP5.45.4 静电场中的电介质静电场中的电介质第五章第五章 静电场静电场电介质的电极化与导体有本质的区别：电介质的电极化与导体有本质的区别：EE 0E 内0E 内E电介质：电介质：导体：导体：1 取向极化取

4、向极化有极分子，位移极化有极分子，位移极化两种介质。两种介质。2 对均匀电介质体内无净电荷，束缚电荷只出现对均匀电介质体内无净电荷，束缚电荷只出现 在表面上。在表面上。3 束缚电荷与自由电荷在激发电场方面，具有束缚电荷与自由电荷在激发电场方面，具有同同 等的地位等的地位。一般地，一般地，E外外不同，则介质的极化程度不同。不同，则介质的极化程度不同。155.45.4 静电场中的电介质静电场中的电介质第五章第五章 静电场静电场3 3）极化强度极化强度-单位体积介质中分子电偶极矩之单位体积介质中分子电偶极矩之矢量和矢量和VpPieiV0lim0E显然，显然，P P 值越大，表示极化程度越高。值越大，

5、表示极化程度越高。4 4）极化电荷面密度极化电荷面密度 与与 极化强度极化强度 P P 的关系：的关系：单位是单位是 库仑库仑/ /米米2 2 、C/mC/m2 2.+外外E- 可以证明：在我们研可以证明：在我们研究的条件下有：究的条件下有：0ePE 5.45.4 静电场中的电介质静电场中的电介质第五章第五章 静电场静电场蓝蓝色为负电荷，色为负电荷，红红色为正电荷色为正电荷灰色为中性。灰色为中性。llSE介质在电场中发生极化现象介质在电场中发生极化现象5.45.4 静电场中的电介质静电场中的电介质第五章第五章 静电场静电场三三 电极化强度电极化强度VpP表面表面极化电荷面密度极化电荷面密度nP

6、: :电极化强度电极化强度p: :分子偶极矩分子偶极矩的的单位：单位：2mCPPpN q lPn q lVVn q l Sn q VN qSSS llSE5.45.4 静电场中的电介质静电场中的电介质第五章第五章 静电场静电场设设单位体积分子数为单位体积分子数为n n，则则pNpPnpVV分子d(dcos )qns lq cosnqldscosnpds分子cosPds /cosndq dsPPdq 小柱体小柱体neP+ + + + +nlds电介质电介质= P ds 电介质表面（外）极化电荷面密度电介质表面（外）极化电荷面密度nP e 面外面外介质外法线介质外法线方向方向dSqP S通过这个封

7、闭面通过这个封闭面的移出电荷为的移出电荷为5.45.4 静电场中的电介质静电场中的电介质第五章第五章 静电场静电场+ + + + + + - - - - - - + + + + + + + + + + +- - - - - - - - - - -dr四四 电介质中的电场强度电介质中的电场强度 极化电荷与自由电荷的关系极化电荷与自由电荷的关系0EEE0EEE00()()dSAq qE S dSqP S0() dSEPSq 定义EPD0（任何任何介质）介质）有介质有介质时的时的高斯高斯定理定理diSiD S qq 5.45.4 静电场中的电介质静电场中的电介质第五章第五章 静电场静电场电位移矢量电

8、位移矢量0 rDEE（均匀均匀介质）介质）0 r(1)eDEEE 电位移矢量电位移矢量00(1)erPEPE 又因得由此得：由此得：EPD0（任何任何介质）介质）5.45.4 静电场中的电介质静电场中的电介质第五章第五章 静电场静电场0 rE 0 rdSD SDAEAA （均匀各相同性介质）（均匀各相同性介质）00+ + + + + + - - - - - - + + + + + + + + + + +- - - - - - - - - - -rA电容率电容率r000 rdSQES 5.45.4 静电场中的电介质静电场中的电介质第五章第五章 静电场静电场极化电荷面密度极化电荷面密度nP0rCC

9、r0EE 有介质时的高斯定理有介质时的高斯定理0diSiDSQ电容率电容率r0（均匀均匀介质）介质）有介质时先求有介质时先求 UED注意注意5.45.4 静电场中的电介质静电场中的电介质第五章第五章 静电场静电场 例例1 把一块相对电容率把一块相对电容率 的电介质的电介质,放在极板放在极板间相距间相距 的平行平板电容器的两极板之间的平行平板电容器的两极板之间.放入之放入之前前,两极板的电势差是两极板的电势差是 . 试求两极板间电介质内的试求两极板间电介质内的电场强度电场强度 , 电极化强度电极化强度 , 极板和电介质的电荷面密度极板和电介质的电荷面密度, 电介质内的电位移电介质内的电位移 .3rV1000EPDmm1d解解1316130mkV10mV10mV101000dUE12mkV1033. 3260rmC1089. 5) 1(-EP26000mC1085. 8E26mC1089. 5 P26000r0mC1085. 8-EEDr0EE 5.45.4 静电场中的电介质静电场中的电介质第五章第五章 静电场静电场+ + + + + + + + + + + + +- - - - - - - - - - -1d00 例例2 求插有电介质片的带电平行平板内的电场和束求插有电介质片的带电平行平板内的电场和束缚