23静电场中的电介质培训教材.ppt

23静电场中的电介质培训教材.ppt电介质即绝缘体,电阻率大,导电能力差,理想的电介质,完全不导电。因为理想的电介质中,没有可以自由移动的电荷,无论是原子中的电子,分子中的离子,还是晶体点阵上的带电粒子,不能自由移动,即使在外电场的作用下,也只能在分子尺度的小范围内移动,宏观上表现出不导电性能。§7-8静电场中的电介质实验证明,均匀、各向同性的电介质(讨论限于此种电介质)内部的场强为真空时场强的1/r倍。r称电介质的相对介电常数,并r>1,纯数,表明电介质内部电场强度比真空时的电场强度数值上要小。分析原因:涉及电介质的微观模型。一、电介质的电结构分子的正、负电荷中心在无外场时不重合,分子存在固有电偶极矩。有极分子:分子的正、负电荷中心在无外场时重合。不存在固有分子电偶极矩。无极分子:±-q+qp(1).无极分子电介质的位移极化在外电场作用下,介质表面(甚至体内)出现净电荷(称极化电荷或束缚电荷)的现象称电介质的极化。无极分子在外场的作用下正负电荷中心发生偏移而产生的极化称为位移极化(或感应极化)。二、电介质的极化分子的电偶极矩p(2).有极分子电介质的取向极化有极分子在外场中发生偏转而产生的极化称为取向极化(或转向极化)。宏观上,当电介质内部存在电场时,两类电介质的产生的电偶极子效果相同。即都将沿着电场方向产生电偶极子的排列。电场越强,排列的越整齐,分子的电偶极矩越大。当然,电介质内部的电场超过某一限度后,电介质被击穿,成为导体。电极化强度矢量是反映电介质极化程度的物理量。定义:(C·m-2)三、电极化强度真空中:均匀极化:⊿V中,每个分子的电偶极矩p的矢量和。P的单位,与面电荷密度相同。(请注意这点。)思考:若P为常矢量,即介质被均匀极化,介质内闭曲面中的q’为多少?介质被均匀极化,介质内无净极化电荷。实验表明:对于各向同性的电介质,在E0不太大的情况下,有:介质内的场强:极化电荷产生的附加电场上式表明P,E的简单比例关系,将比例系数写成稍复杂的形式,是为了以后相对更重要的式子表达方便。四、电极化强度与极化电荷的关系设一均匀电介质薄片(S、l)置于电场(E)中,表面将出现极化电荷。在均匀介质中,极化电荷只出现在介质表面或两种介质的分界面上。一般情形:为薄片表面外法向单位矢量