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88.6电介质中高斯定理.ppt

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88.6电介质中高斯定理.ppt
文档介绍:
8.4 静电场中的电介质
一、电介质对电容的影响相对电容率
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。
在外电场中电介质要受到电场
的影响,同时也影响外电场。
+Q
–Q
在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
+Q
–Q
本节只限于讨论各向同性的均匀的电介质。
静电计测电压
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插入电介质前后,极板带电量Q不变,两极板间的电压分别用U0 、U 表示,有:
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电容率
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。
研究:结构、形状一定的电容器,其电容C与极板间均匀的各向同性电介质之间的关系。
~电介质的电容率
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参见P72 表9-1几种常见电介质的相对电容率和击穿场强
当电介质两端极板的电压增加,极板间的电场强度E增大到Eb,电介质中分子发生电离,使电介质失去绝缘性,电介质被击穿了。
电介质能承受的最大电场强度Eb~电介质的击穿场强;两极板的电压称击穿电压Ub.
平行板电容器
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①无极分子(Nonpolar molecule)
在无外场作用下:整个分子无电矩。
例如,CO2 H2 N2 O2 He
②有极分子(Polar molecule)
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。
2 电介质的分子:
1 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。
电介质:
二、电介质的极化
电子云的
正电中心
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无极分子
电介质
①位移极化 Displacement polarization
电介质的极化:Polarization
无外场
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
外场中(位移极化)
出现束缚电荷和附加电场
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
+
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
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位移极化和转向极化微观机制不同,宏观效果相同。
统一描述:
出现束缚电荷
有极分子
电介质
无外场
+
-
②取向极化 Orientation polarization
外场中(转向极化)
出现束缚电荷和附加电场
+
-
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极化电荷 Polarization charge or bound charge
在外电场中,均匀介质内部各处仍呈电中性,但在介质表面要出现电荷,这种电荷不能离开电介质到其它带电体,也不能在电介质内部自由移动。我们称它为束缚电荷或极化电荷。它不象导体中的自由电荷能用传导方法将其引走。
在外电场中,出现束缚电荷的现象~电介质的极化。
无极分子
有极分子
敢淘硷研谴便轩氦裤墟判傲窟糙卯猾冕肿卓典王暖厚戚体磨撅肘哪遁蔚笆88.6电介质中高斯定理88.6电介质中高斯定理
金属导体和电介质比较
有大量的
自由电子
基本无自由电子,正负电荷
只能在分子范围内相对运动
金属导体
特征
电介质(绝缘体)
模型
与电场的
相互作用
宏观
效果
“电子气”
电偶极子
静电感应
有极分子电介质:
无极分子电介质:
转向极化
位移极化
静电平衡
导体内
导体表面
感应电荷
内部:分子偶极矩矢量和不为零
表面:出现束缚电荷
(极化电荷)
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三、电极化强度 Polarization
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:
单位:[库仑/米2]、[C/m2].
1.电极化强度矢量
~单位体积内分子电偶极矩矢量和。
电介质极化时, ,极化程度,电介质表面束缚电荷面密度
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2.极化电荷与电极化强度之间的关系
(以位移极化为例)
+-
+-
+-
+-
+-
+-
+-
+-
+-
+-
+-
+-
+-
+-
+-
+-
+-
+-
+-
+-
均匀介质
电场中每个分子产生电矩:
单位体积中分子电矩的矢量和为:
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
式中为介质中单位体积的分子数。
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