88.6电介质中高斯定理.ppt

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?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 U 0 、U 表示,有: 01 r U U ??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 r??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。 01EE r???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。 0r ? ???~电介质的电容率?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. bbUEd ?平行板电容器①无极分子( Nonpolar molecule ) 在无外场作用下:整个分子无电矩。例如, CO 2 H 2 N 2 O 2 H e②有极分子( Polar molecule ) 在无外场作用下:存在固有电矩例如, H 2O Hcl CO SO 2 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?????cH HH H 无极分子电介质①位移极化 Displacement polarization ?电介质的极化:Polarization 无外场 0? ip ?0?? i ip ?+ +- - + +- -+ +- - + +- -+ +- - + +- -外场中(位移极化)0? ip ?0?? i ip ?出现束缚电荷和附加电场 0E ?+ ++ ++ ++ +++ - -- -- -- -- - + +- -- -- - - -- -- - + ++ + + ++ ++ + E ??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:0?? i ip ?出现束缚电荷???? 104 H Ho 有极分子电介质无外场 0? ip ?0?? i ip ?+ +- - ②取向极化 Orientation polarization ??? 0E ?外场中(转向极化)0? ip ?0?? i ip ?出现束缚电荷和附加电场+ +- - E ??// M p E p E ? ??? ? ?? ??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。 0E ?无极分子 0E ?有极分子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 0,0???E ?E 0???表面?E ?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) 0?? i ip ?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/m 2]. V pP i?????~单位体积内分子电偶极矩矢量和。 i i i p q r ?? ?电介质极化时, ,极化程度,电介质表面束缚电荷面密度 P ?????? (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: +- +- +- +- +- +- +- +- +- +- +- +- +- +- +- E ? e p ql