5静电场中的电介质ppt课件

1、静电场的电介质静电场的电介质电介质：绝缘体通常也称为电介质。在电介质中电子电介质：绝缘体通常也称为电介质。在电介质中电子遭到原子核的束缚，不能挪动，故不导电。遭到原子核的束缚，不能挪动，故不导电。但电介质对电场仍有影响。但电介质对电场仍有影响。用两个带等值异号电荷用两个带等值异号电荷Q0的的导体平行板产生一个均匀电场导体平行板产生一个均匀电场E0,假设两板的间距为假设两板的间距为d那么电那么电势差：势差：dQ Q UQ Q Q Er 0E0UdEldEUd000实验：插入电介质后，电压变小实验：插入电介质后，电压变小r0 UU r 1介质的相对介电常数相对电容率介质的相对介电常数相对电容率随介

2、质种类和随介质种类和 形状而改动形状而改动,无量纲无量纲,可实验测定。可实验测定。r 一一. .电介质的极化电介质的极化物质物质空气空气水水纸纸石英石英r178143.8例如：例如：由于平行板电容器由于平行板电容器U=Ed，U0=E0d，故由：，故由：r0/ dUdU r0UU r0/ EE 为什么插入电介质会使电场减弱？为什么插入电介质会使电场减弱？缘由缘由:插入电介质后，介质外表插入电介质后，介质外表产生极化电荷产生极化电荷介质的极化介质的极化0Q0Q0E EE EE EU0EEE0E极化场极化场E 减弱外场减弱外场 E0但不能抵消外场。但不能抵消外场。二二. .电介质极化的微观机制电介质

3、极化的微观机制电介质分子可分为有极和无极两类电介质分子可分为有极和无极两类:1分子中的正电荷等效中心分子中的正电荷等效中心 与负电荷等效中心重合与负电荷等效中心重合的称为无极分子如的称为无极分子如H2、 CH4、CO2Eq l qp q 感应电偶极矩感应电偶极矩l 无极分子无极分子无极分子在电场中无极分子在电场中,正负正负电荷中心会被拉开一段电荷中心会被拉开一段间隔间隔,产生感应电偶极矩，产生感应电偶极矩，这称为位移极化。这称为位移极化。2分子中的正电荷等效中心分子中的正电荷等效中心 与负电荷等效中心与负电荷等效中心 不重不重合的称为有极分子如合的称为有极分子如 HCl、H2O、NH3 有极分

4、子在电场中，固有有极分子在电场中，固有电偶极矩会转向电场的方电偶极矩会转向电场的方向，这称为转向极化。向，这称为转向极化。Eq q l有极分子有极分子q q 固有电偶极矩固有电偶极矩(1)静电场中静电场中,有极分子也有位移极化有极分子也有位移极化, 但主要是转向极化；但主要是转向极化；阐明：阐明：(2)由于热运动，由于热运动， 不是都平行于不是都平行于 。 电场越强电场越强, 的陈列越整齐。的陈列越整齐。E分子分子P分子分子P总之，不论哪种电介质总之，不论哪种电介质,极化机制虽然不同，放到电场中极化机制虽然不同，放到电场中都有极化景象都有极化景象,都会出现极化电荷也叫束缚电荷。都会出现极化电荷

5、也叫束缚电荷。例如左图的左右外表例如左图的左右外表上就有极化电荷。上就有极化电荷。正是这些极化电荷正是这些极化电荷的电场减弱了电介的电场减弱了电介质中的电场。质中的电场。E三三. .介质中的高斯定理介质中的高斯定理由真空中的高斯定理有：由真空中的高斯定理有：0内qdSSE0EEE qqqi内0qqdiSSE介质中介质中容易看出上式包含极化电荷，运容易看出上式包含极化电荷，运用上式有不便之处，所以在有介用上式有不便之处，所以在有介质时更常用介质中的高斯定理。质时更常用介质中的高斯定理。E E00E E0E E自在电荷自在电荷束缚电荷束缚电荷高斯定理应写成：高斯定理应写成：总场强：总场强：介质中的

6、高斯定理：穿过闭合面的电位移通量，等于介质中的高斯定理：穿过闭合面的电位移通量，等于高斯面内自在电荷的代数和。高斯面内自在电荷的代数和。SiSqSdD称为电位移矢量称为电位移矢量其中其中EDr0介质中的高斯定理的引出以平行板电容器为例介质中的高斯定理的引出以平行板电容器为例E E00E E0E E由场强叠加原理由场强叠加原理0000EEE放入介质后：放入介质后：rEE0:金属板上的电荷面密度金属板上的电荷面密度Sq00:介质上的束缚电荷面密度介质上的束缚电荷面密度Sq即即sqsqsqr00000)11 (0rqq将上式代入真空中的高斯定理，那么有：将上式代入真空中的高斯定理，那么有：0qqdi

7、SSE00000)11 (1rrqqq移项得：移项得：00DqddSSrSSE介质中的高斯定理介质中的高斯定理上式虽然是从平行板电容器导出的，但它具上式虽然是从平行板电容器导出的，但它具有普遍性，适用一切静电场有普遍性，适用一切静电场1.它比真空中的它比真空中的E 的高斯定律更普遍的高斯定律更普遍,当没有电介质当没有电介质 时时, 即即r=1, 就过渡到真空中的高斯定律了。就过渡到真空中的高斯定律了。阐明：阐明：2.假设电场有一定的对称性假设电场有一定的对称性,我们就可以先从我们就可以先从 的高的高 斯定理求出斯定理求出 来；然后再求出来；然后再求出 来。来。 EDD那么那么ED令令r0 :

8、称为电介质的介电常数，称为电介质的介电常数， 它的单位与它的单位与 0 一样。一样。SiSqSdD方方向向一一致致，大大小小成成正正比比与与,ED点点对应！点点对应！其中其中EDr0例例1带电量为带电量为Q的导体球的导体球(R1)外有一同心且半径为外有一同心且半径为R2的均匀电介质球壳的均匀电介质球壳(r 及各半径如图及各半径如图)。求。求1电电介质内外的电场；介质内外的电场；(2)导体球的电势。导体球的电势。解：解：R1rR2时电位移通量不变时电位移通量不变2004rQDEdrrQdrrQURRRr221202044202104)11(4RQRRQr导体球上的电势为：导体球上的电势为：0dt例例2.如图在两个带等值异号电荷如图在两个带等值异号电荷的平行板中插入一厚度为的平行板中插入一厚度为t,介电介电常数为常数为r的介质，求平行板间的的介质，求平行板间的电场强度和电势。电场强度和电势。01rE 无介质处的电场无