静电场中的导体和电介质课件

2.2电介质的极化第二章静电场中的导体和电介质一、电介质的分子二、电介质的极化2.1电介质对电场的影响1.3电容和电容器一、电容二、电容器1平行板电容器2球形电容器3圆柱形电容器三、电介质对电容的影响、耐压问题作业：2-11、2-14，2-17§2静电场中的电介质2.3电极化强度和极化电荷的关系11.3电容器和电容一、电容定义：升高单位电压所需的电量为该导体的电容。单位：[库仑/伏特]称作法拉或记为[C/V]。孤立导体的电容与导体的形状有关，与其带电量和电位无关。水容器的容量孤立导体是指附近无其它带电体或导体。若有，也足够远，忽略影响微法微微法2二、电容器的电容：1平行板电容器平行板电容器间无电介质时：若两个导体分别带有等量异号的电荷q，周围没有其它导体带电；其间电位差UAB，它们组成电容器的电容：通常采用静电屏蔽或使场集中从而不受外界干扰。3特别是当这就是孤立导体球的电容。53

圆柱形电容器（同轴电缆）两个长为L

的圆柱体，圆柱面上带有等量异号的电荷，其间距离R2R1<<L，线电荷密度为。解:6三、电介质对电容的影响、耐压问题实验证明：当电容器充满某种均匀介质时，电容器的电容将增大。如果真空中电容器用C0表示，充满介质后电容用C表示，实验表明其比值叫做电介质的相对电容率，是个纯数，它只与电介质的性质有关。平行板电容器间有电介质时，它的电容变为：叫做电介质的电容率或称为介电常量。7四、电容器的串联和并联并联电容器的电容等效令9•串联电容器的电容等效令10并联电容器的电容等于各个电容器电容的和。串联电容器总电容的倒数等于各串联电容倒数之和。当电容器的耐压能力不被满足时，常用串并联使用来改善。如串联使用可用在稍高的电压中，从而提高耐压能力。并联使用可以提高容量。电介质的绝缘性能遭到破坏，称为击穿(breakdown)，有介质后电容增大所能承受的不被击穿的最大场强叫做击穿场强

(breakdownfieldstrength)，或介电强度

(dielectricstrength)。112.1电介质对电场的影响电介质在外电场中电介质要受到电场的影响，同时也影响外电场。本章只限于讨论各向同性的均匀的电介质。是由大量电中性的分子组成的绝缘体。紧束缚的正负电荷在外场中要发生变化。以平行板电容器有电介质与无电介质时，极板上电压的变化为例说明.13插入电介质前后两极板间的电压分别用U0、U表示，它们的关系：+Q–Q+Q–Q静电计测电压是一个大于1

的常数，其大小随电介质的种类和状态的不同而不同，是电介质的特征常数称为电介质的相对介电常数空气的相对介电常数1.00059(0oC，1atm）14上述实验表明：插入电介质后两极板间电压减少，说明其间电场减弱了。电容增大了。电场减弱的原因可用电介质与外电场的相互影响，从微观结构上来解释。15①无极分子（Nonpolarmolecule）在无外场作用下整个分子无电矩。例如，CO2,H2,N2,

O2,

He②有极分子（Polarmolecule）在无外场作用下存在固有电矩例如，H2O,HCl,CO,SO2

因无序排列对外不呈现电性。一、电介质的分子电子云的正电中心17位移极化取向极化①位移极化

Displacementpolarization

主要是电子发生位移二、电介质的极化：Polarization②取向极化Orientationpolarization

由于热运动这种取向只能是部分的，遵守统计规律。18l在外电场中的电介质分子无极分子只有位移极化，感生电矩的方向沿外场方向。无外场下，所具有的电偶极矩称为固有电偶极矩。在外电场中产生感应电偶极矩。有极分子有上述两种极化机制,取向极化是主要的,较位移极化约大一个数量级；而在高频下只有位移极化。192.3电极化强度（Polarization）和极化电荷的关系在宏观上测量到的是大量分子电偶极矩的统计平均值。为了描述电介质在外场中的行为引入一个物理量：其中是第i个分子的电偶极矩单位是[库仑/米2]、[C/m2].一、电极化强度矢量以下将电极化强度矢量简称为极化强度.束缚电荷就是指极化电荷.21二、极化（束缚）电荷与极化强度的关系可证明对于均匀电介质，极化电荷集中在它的表面。电介质产生的一切宏观效果都是通过未抵消的束缚电荷来体现。在介质中引入极化强度力线来描述它在外场中的极化。沿着此曲线取一长度为dl在其内部极化可视为是均匀的.与垂直于此曲线的横截面dS组成一个小圆柱体，因而该体元具有电偶极矩，根据定义它可视为两端具有电荷的偶极矩22如果在电介质内任选一面的法线与成角则表明：任选一面上束缚电荷面密度等于极化强度矢量在该面法线方向上的分量从另一方面看23在任一曲面内极化电荷的负值等于极化强度的通量。25●退极化场电介质在外场中的性质相当于在真空中有适当的束缚电荷体密度分布在其内部。因此可用和的分布来代替电介质产生的电场。在外电场中，介质极化产生的束缚电荷，在其周围无论介质内部还是外部都产生附加电场称为退极化场。任一点的总场强为：+Q–Q退极化场26第二章静电场中的导体和电介质2.1电介质对电场的影响1.3电容和电容器一、电容二