4-1电介质

1有极分子：分子正负电荷中心不重合。无极分子：分子正负电荷中心重合；电介质（绝缘介质）CH+H+H+H+正负电荷中心重合甲烷分子4CH+正电荷中心负电荷中心H++HO水分子OH2ep——分子电偶极矩ep0ep4-1静电场中的电介质一、电介质的极化ThePolarizationofDielectric21.无极分子的位移极化+-+He+-E+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-均匀介质EE+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-非均匀介质+-+-+-+-+--qqlqPe3E1）位移极化是分子的等效正负电荷作用中心在电场作用下发生位移的现象。2）均匀介质极化时在介质表面出现极化电荷，而非均匀介质极化时，介质的表面及内部均可出现极化电荷。极化电荷极化电荷结论：42.有极分子的取向极化ff外EpMe+++++++外E++++++++++++++++++++无外电场时电矩取向不同两端面出现极化电荷层（电场越大，极化越强）转向外电场ep外Eep加上外场5（电子）位移极化：任何电介质中都存在取向极化：仅存在于有极分子构成的电介质中通常，有极分子构成的电介质中，取向极化比位移极化大一个数量级以上，因此主要考虑取向极化的贡献。无极分子构成的电介质，极化机制只有唯一的位移极化高频电场作用下，所有电介质只考虑“位移极化”（由于惯性，取向极化跟不上电场变化）6电极化强度(矢量)VpPi单位体积内分子电偶极矩的矢量和描述了电介质极化强弱，反映了电介质内分子电偶极矩排列的有序或无序程度。二、极化强度7三.极化强度与极化电荷的关系0ePE大量实验证明：对于各向同性的电介质，极化强度与电场有如下关系：PEe---电极化率（由介质本身性质决定的常数，是反映介质本身性质的物理量。均匀介质极化时，其表面上某点的极化电荷面密度，等于该处电极化强度在外法线上的分量。nPnP'0EEE8四.电位移电介质中的高斯定理真空中的高斯定理0001qSdES)(100qqSdES电介质中的高斯定理)(12100SSSdES22SPS2SSPdSPdSSSSdPSSdE010011+++++++++++EP2S1S00SSdPq00011900)(qSdPESPED0SSdESSdPq00011定义电位移矢量D0qSdDS介质中的高斯定理0qSdDS自由电荷通过任意闭合曲面的电位移通量，等于该闭合曲面所包围的自由电荷的代数和。10EDDE0真空中Er0介质中介质的相对介电常数介质的介电常数11D电位移线aaD大小:S电位移线条数D方向:切线D线E线bDb0qSdDS)(100qqSdES120CCr将真空电容器充满某种电介质0r电介质的电容率（介电常数）dSdSCr0平行板电容器电介质的相对电容率（相对介电常数）同心球型电容器同轴圆柱型电容器04()rABABABRRCRRRR)()ln(BABArRRRRlC0213AB1r2r1d2d例1.已知:导体板S1d2d2r1r介质求:各介质内的DEnn1S2S解:设两介质中的DE分别为1D2D1E2E由高斯定理0211SDSDSdDS21DD1DD201SSSDSdD1011EDr由得101rE202rE1D1E2D2EAB1r2r1d2d101rE202rE1E2E场强分布电势差2211dEdEuuBA)dd(rr21210电容)dd(SuuqCrrBA212101221210rrrrddS例2.平行板电容器。已知d1、r1、d2、r2、S求:电容C解:设两板带电15204rQErrRP例3.已知:导体球RQ介质r求:1.球外任一点的E2.导体球的电势u解:过P点作高斯面得SQSdDQrD2424rQD电势RRrdrrQrdEu204RQr04rS16Kab开关倒向a,电容器充电。开关倒向b,电容器放电。灯泡发光电容器释放能量电源提供计算电容器带有电量Q，相应电势差为U时所具有的能量。一、电容器的能量(第一章已提及，ppt1-4)静电场的能量17dq任一时刻qqAuBu终了时刻QQAUBUCquuuBABdqA外力做功dqCqudqdWdAeQCQdqCqA022电容器的电能2221212ABABCUQUCQW18电场能量体密度——描述电场中能量分布状况1、对平行板电容器221CUWe2))((21EddS)(212SdEVE221电场存在的空间体积dSqq二、静电场的能量,能量体密度19对任一电场，电场强度非均匀dVwdWee221EVWwee2、电场中某点处单位体积内的电场能量EEDr0VVVeeDEdVdVEdWW2121220例：计算球形电容器的能量已知RA、RB、qARBRqqr解：场强分布204rqE取体积元drrdV24dVEwdVdW2021drr)rq(222004421能量VRRBAdrrqdWW2028)RR(qBA11802ABBARRRRq02421221qC21课堂讨论比较均匀带电球面和均匀带电球体所储存的能量。RRqqRrrqRrE4020RrrqRrRqrE442030RRdrrEdrrEW2200220421421球体球面WW222R1R0QRr求：（1）两球面间的电场分布（2）两球面间的电势差（3）两球面构成的电容器的电容值。qSdDS0214QrD2014rQD2000114rQDErrRrR1（1）232RrR0224QrD2024rQD2000224rQDE（2）RRRRRRldEldEldEuu12212121)11(4)11(4200100RRQRRQr（3）计算电容方法：1：利用定义法计算电容。2：也可看作两个电容器的串联。