静电场中的电介质解析_第1页
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文档简介

1、1,第五节电场中的电介质,一、电介质的极化二、电介质对外电场的影响三、介质中的高斯定理四、静电场的能量,2,一、电介质的极化,电介质分子中正、负电荷总和相等,整体上可将等效为一个电偶极子,称为分子的等效电偶极子,其电偶极矩称为分子电矩.,1、分子电矩,3,无极分子:正负电荷对称分布,等效电偶极子中的两个等效点电荷位置重合,其分子电矩为0。如:He、N2、CH4、CO2等。,有极分子:正负电荷分布不对称,等效电偶极子中的两个等效点电荷位置不重合,其分子电矩不为0。如:HCl、H2O等。宏观上合力矩为0,多外不显示电场性质。,2、电介质分子的分类:无极分子和有极分子,4,3、电场对电介质的作用,束

2、缚电荷:物体内不能自由移动且不能用传导的方法移走的电荷。电介质极化:在外电场作用下各向同性均匀的电介质表面出现束缚电荷的现象。,5,取向极化:对与有极分子,固有极矩转向外电场的排列。结果在垂直外电场的端面上出现束缚电荷。位移极化:由于外电场的作用使两个等效点电荷分别受到方向相反的力,其位置不再重合而错开。,6,介质的极化率或电极化率,7,第五节电场中的电介质,一、电介质的极化二、电介质对外电场的影响三、介质中的高斯定理四、静电场的能量,8,二、电介质对外电场的影响,9,在外电场E0作用下极化时,垂直于E0方向的两个端面出现均匀分布的束缚电荷层,在电荷层内部产生一个电场,称为极化电场(Ep)。则

3、电介质内部电场为:EE0Ep,因为:,10,叫相对电容率(相对介电常量),11,12,第五节电场中的电介质,一、电介质的极化二、电介质对外电场的影响三、介质中的高斯定理四、静电场的能量,13,令:电位移矢量,+,-,+,-,三、介质中的高斯定理,(均匀各相同性介质),14,例:常用的圆柱形电容器,是由半径为的长直圆柱导体和同轴的半径为的薄导体圆筒组成,并在直导体与导体圆筒之间充以相对电容率为的电介质.设直导体和圆筒单位长度上的电荷分别为和.求(1)电介质中的电场强度、电位移和极化强度;()电介质内、外表面的极化电荷面密度;()此圆柱形电容器的电容,15,解(1),16,()由上题可知,17,(

4、)由()可知,单位长度电容,18,第五节电场中的电介质,一、电介质的极化二、电介质对外电场的影响三、介质中的高斯定理四、静电场的能量,19,电容器的电能,四、静电场的能量,20,静电场的能量密度,物理意义电场是一种物质,它具有能量.,21,例:如图所示,球形电容器的内、外半径分别为和,所带电荷为若在两球壳间充以电容率为的电介质,问此电容器贮存的电场能量为多少?,解:,22,23,例:一平行板空气电容器的极板面积为S,间距为d,充满后两板上分别带带电量为Q。断开电源后再将两板的距离匀速拉开导2d。求:1.外力克服两极板间相互吸引力所作的功。2.两极板间相互吸引力。,解:1.外力匀速拉开极板,极板受的和外力为0,即:,拉开前后电容器的能量分别为:,24,外力做的功:,2.由于极板间时均匀电场,故板间的吸引力为一常量,或,25,解

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