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

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

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

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
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
+
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+

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
+
-

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

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)

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