大学物理学电子教案---静电场中的电介质与高斯定理

1、大学物理电子教案，静电场电介质1，93静电场电介质94高斯定理与电介质电位移，重复，91静电场导体静电感应静电平衡条件电荷分布静电平衡静电屏蔽，92电容器电容器电容器与隔离导体并联和串联，9-3静电场电介质，所谓电介质，是指非导电物质，即绝缘体，里面没有可移动的电荷。如果将电介质放入静电场，电介质原子中的电子和原子核在电场力的作用下会在原子范围内发生微观相对位移。当达到静电平衡时，电介质内部的场强不是零。在外电场中，电介质受到电场的影响，它也影响外电场。1.电介质对电容相对介电常数的影响：1.电介质对电容器电容的影响。电容器充电后，移除电源以保持两个极板上的电量恒定。填充有电介质的电容器的两个

2、极板之间的测量电压U是真空电容器的两个极板之间的电压U0的1/er倍，即，U=U0/er。因此，充满电介质的电容器的电容是真空电容的1/2倍。2，电介质的相对介电常数和介电常数，er被称为相对介电常数er和真空介电常数e0的乘积，e=ere0被称为介电常数，3，电介质中的电场强度，在真空中，电介质中任意点的电场强度是真空中原始电场强度的1/er，4，电介质的击穿场强和击穿电压，当电场强度增加到某个最大场强Eb时，电介质分子电离。电介质能够承受的最大场强Eb被称为电介质的击穿场强。这时，两个极板之间的电压称为击穿电压Ub。Eb=Ub/d，非极性分子：分子的正负电荷中心重合，没有固定的电偶极矩，如

3、H2、氯化氢、二氧化碳、N2、氧气等。极性分子：没有电场，分子的正负电荷中心不重合，但有固定的电偶极矩，如H2O、盐酸等。1.电介质的分类；2.电介质的极化。每个分子的正电荷Q集中在一个点上，称为正电荷的“重心”，负电荷Q集中在一个点上，称为正负电荷的“重心”。分子形成电偶极子p=ql，2。非极性分子的极化机制使极化发生偏移，当没有外加电场时，分子的正负电荷中心重合；当有外电场存在时，正负电荷会被电场力拉走，偏离原来的位置，形成电偶极子，称为感应电偶极矩。在外电场中，每个分子都有一定的感应偶极矩，所以正负电荷出现在垂直于外电场的电介质的两个表面上。极化电荷或束缚电荷。3.极性分子的极化机制是定

4、向极化。当没有外部电场时，电偶极子的排列是混乱的，因此它不向外部显示电。当有外部电场时，每个电偶极子都会受到一个力矩的作用。在这个力矩的作用下，电介质中的电偶极子将转向外部电场的方向。极化电荷将在垂直于电场方向的两个表面上产生。极化电荷在外部电场中，结合电荷的现象称为电介质极化。电晕现象在雨天或雨天，在高压输电线路附近经常可以看到一种浅蓝色的辉光放电现象，这种现象称为电晕现象。电晕现象可以用水分子的极化和尖端放电来解释。3。偏振强度，1。引言，当没有外电场时，电介质没有极化，内部宏观小体积元中每个分子的电偶极矩的矢量和为零；当存在外部电场时，电介质被极化，并且在这个小体积单元中电偶极矩的矢量和

5、将不为零。文本越强3.极化强度的描述，用于表征电介质极化程度的物理量；单位：C.m-2，与电荷面积密度单位相同；如果介质的极化强度和方向相同，称为均匀极化；否则，它被称为非均匀极化。4。极化强度与极化电荷面密度的关系。以电介质中长度为d、面积为s的圆柱体为例，圆柱体两个底面的极化电荷面密度是和的，所以圆柱体中所有分子电偶极矩的矢量和等于极化产生的极化电荷面密度。4.电介质中电场强度与极化电荷和自由电荷的关系；1.电介质中的电场强度；2.极化电荷和自由电荷之间的关系；3.电介质极化定律。c被称为电介质的极化率，它是各向同性线性电介质中的一个纯数值。在高频条件下，电介质的相对介电常数与外加电场的频

6、率有关。电介质电位移的9-4高斯定理，1。电介质的高斯定理。假设极板上自由电荷的面密度为s0，介质表面上极化电荷的面密度为S，这样，在静电场中，通过任意封闭曲面的电位移矢量和电位移通量等于该曲面所包围的自由电荷的代数和，这就是电介质的高斯定理。二是电位移矢量与电场强度的关系，电位移矢量的解释是辅助量，电场强度是基本量；描述电场性质的物理量是电场强度和电势。在电介质中，回路定理仍然成立，静电场是保守场。它只与免费相关。第三，在电介质存在的情况下应用高斯定理可以简化计算，因为只需要考虑自由电荷。一般步骤是：首先由高斯定理计算出电位移矢量的分布，然后由电位移矢量的分布计算出电场强度的分布，从而避免极化电荷带来的麻烦。平板电容器填充有两层厚度为d1和d2的电介质，它们的相对介电常数为er1和er2，板的面积为s。(2)当极板上自由电荷的面积密度为s0时，两种介质分解面上极化电荷的面积密度；(3)两层介质的电位移。解决方法：(1)假设两种介质中的场强分别为E1和E2，选择上、下底面面积如图所示为S的圆柱体为高斯面，上底面在导体中，下底面在介质中，边的法线垂直于场强，根据高斯定理，圆柱体中的自由电荷为： 所以电介质中的电场强度和两个板之间的电势差是电容，(2)界面处第一电介质的极化电荷平面密度是