大学物理课件---电场中的电介质-[福州大学...李培官]

大学物理---电场中的电介质福州大学至诚学院大学物理教研室李培官今天是2020年2月28日星期五2电偶极势场第六章.静电场6-4-2.电场中的电介质3电介质就是绝缘体特点：电介质内无自由电荷将电介质放入电场，表面出现极化电荷——介质的极化0E'EE00''外场0E极化场'E介质内部的场E'0EEE0E极化场E’削弱外场E0但不能抵消外场。介质的极化现象直接影响介质内部的场强分布极化电荷一、电介质的极化1。介质的极化现象4无外场时分子不显电性①无极分子：无外场时正负电荷中心重合的分子②无极分子电介质处在外场中的情况：0Epqq0E介质表面出现极化电荷位移极化演示位移极化感应电偶极矩负电荷中心正电荷中心2。极化的微观机制(1).无极分子的极化15（1）无极分子的位移极化（2）有极分子的取向极化电介质的极化【演示动画】6①有极分子：无外电场时正负电荷中心不重合的分子pqq介质中的电偶极子排列杂乱,宏观不显极性电偶极子在外场作用下发生转向FF固有电偶极矩②有极分子电介质处在外场中的情况0E取向极化0E介质表面出现极化电荷如果把外表面接地，能否引出极化电荷？？演示：取向极化极化电荷被束缚在介质表面，无法引出——束缚电荷(2).有极分子的极化27真空中:0001qSdES自由电荷代数和EEr001EEr)'(100qqSdES代入真空中高斯定理介质中:极化电荷的代数和00qSdESr定义：ED电位移矢量1。数学表达式电位移通量=自由电荷的代数和二、介质中的高斯定理001qSdESrisqSdDED0r8DED2。电位移矢量介质：真空：00ED在各向同性均匀电介质0EEr01EEr电位移只与自由电荷的分布有关，与电介质的种类无关EDEr000E在有电介质时，使用电位移来描述电场比较方便(1).定义19'0EEE在无限大各向同性均匀电介质电场中关系复杂与0'EEE0E'EE00''外场0E极化场'E介质内部的场E电介质的相对介电常数真空：介质：1rr1rr0与介质种类有关为介质的介电常数0Er13.有介质存在时的电场10①两条规定:dSdDAADBBDdSDd电位移线上任一点切线方向与该点的电位移方向一致的方向D的大小：D引入电位移线密度D②电位移线的性质电位移线起始于自由正电荷,终止于自由负电荷,不中断,不闭合。任意两条电位移线在空间都不会相交。a:不闭合性：b:不相交性：③比较电位移线与电力线电位移线起始于自由正电荷，终止于自由负电荷电力线起始于任何正电荷，终止于任何负电荷(2).电位移线211通过电场中某一曲面的电位移线总条数①定义：a:匀强电场、平面情况SEnDcosSSDnESDDddSb:非匀强电场、曲面情况cosDdsdDSDSdDSDSdD②计算：DSDDnsdDE若是闭合曲面DDD3、(3)电位移通量3120dt【例1】.如图在两个带等值异号电荷的平行板中插入一厚度为t,介电常数为εr的介质，求平行板间的电场强度和电势。qq解：取如图示的高斯面，电位移通量SSDSdD电位移D为D三、有介质时电场的计算13两极板间的电势差dldEV0dttdrEdrE201)(00tdtr)(00tdSqtSqr无介质处的电场02E介质中的电场强度为01rE140214qqFr【例2】无限大均匀电介质中的两个点电荷q,q0+q0+q0rr（F比真空中小倍）0E=+-【例3】平行板电容器中充满均匀电介质r（E比真空中小倍）15【例4】如图有一均匀带电介质球，介电常数为ε1，外包围介电常数为ε2的均匀介质(ε1ε2)。求场强的分布R12解：带电体球对称，用介质情况的高斯定理P1为球外一点时：P2为球内一点时：32344RrDSdDS233rRD22323rRDE32344rrDSdDS3rD123rERorE电荷体分布16[例5].带电量为Q的导体球(R1)外有一同心且半径为R2的均匀电介质球壳(r及各半径如图)。求（1）电介质内外的电场；(2)导体球的电势。解：R1rR2时取半径为r的高斯面,电位移通量为1R2RrrSrDSD24d204rQr24rQDQ0ErD17drrQdrrQVRRRr221202044202104)11(4RQRRQr导体球上的电势为：rR2时电位移通量不变224rQDRr2004rQDE18TipsforBetterLifefor2013欢迊指导谢谢今天是2020年2月28日星期五