第7章 静止电荷的电场 7-8-9-10VIP免费

上页下页返回退出上页下页返回退出§7-8静电场中的电介质电介质：电阻率很大，导电能力很差的物质。电介质的特征：原子或分子中的电子与原子核结合力很强，电子处于束缚状态，一般条件下电介质内部作宏观运动的电子极少，因此可以把电介质可看作理想的绝缘体。电介质的极化：当电介质处于电场中达到静电平衡时，在电介质的表面层或电介质体内会出现电荷，这种现象就叫电介质的极化。上页下页返回退出上页下页返回退出*一、电介质的电结构有极分子：分子的正、负电荷中心中心不重合。相当于一对距离极近的等值异号点电荷，设它们的重心距离为l，等效电偶极矩为lqpe负电荷中心++H+Hl电介质分为两类方向：有极分子电介质无极分子电介质正电荷中心O由负电荷中心指向正电荷中心。上页下页返回退出上页下页返回退出水、氨、氯化氢等分子即为有极分子。OHHHClHHHNpppH2ONH3HCl有极分子电介质可看作大量电偶极子的聚集体，无外电场时，这些电偶极子的电矩取向不同，所有电偶极子矢量和为零，整个电介质呈电中性。上页下页返回退出上页下页返回退出无极分子：分子的正、负电荷中心重合。等效电偶极矩为零。如：氦、甲烷等分子即为无极分子。HeHHHCHCH4在无外电场时，无极分子和有极分子构成的介质整体都呈电中性。上页下页返回退出上页下页返回退出*二、电介质的极化对均匀电介质，加上外电场后，和电场方向垂直的两个面将分别出现正负电荷，这些电荷不能离开电介质，也不能在电介质中自由移动，称为束缚电荷或极化电荷。在外电场作用下在电介质中出现极化电荷的现象叫做电介质的极化。上页下页返回退出上页下页返回退出1.无极分子电介质的位移极化加上外电场后，在电场作用下无极分子电介质分子正负电荷中心不再重合，发生相对移动,出现分子电矩，称为位移极化。上页下页返回退出上页下页返回退出0epe无外电场时ff外El加上外电场后0ep极化电荷极化电荷+++++++外Eep上页下页返回退出上页下页返回退出2.有极分子的取向极化在外电场中有极分子的固有电矩要受到一个力矩作用，电矩转向和外电场方向趋于一致,这种极化称有极分子的取向极化。上页下页返回退出上页下页返回退出ff外EpMe+++++++外E两端面出现极化电荷层转向外电场ep外Eep加上外场上页下页返回退出上页下页返回退出家用微波炉加热的原理——介质分子的极化上页下页返回退出上页下页返回退出三、电极化强度电极化强度是反映电介质极化程度的物理量。定义：VpP单位：C·m-2真空中：0P均匀极化：cP单位体积内分子电矩的矢量和称为该点的电极化强度矢量。上页下页返回退出上页下页返回退出四、电极化强度与极化电荷的关系极化电荷是电介质极化产生的，对于均匀电介质，极化电荷只集中在表面层或两种不同介质的分界面上。设有一均匀电介质薄片（厚为l、表面积为S）放置在均匀电场E中。薄片总的电偶极矩为PSlp上页下页返回退出上页下页返回退出lqPSlp电介质薄片表面的极化电荷面密度:qPS一般情况下，设为薄片表面单位法向矢量，则neqPSnnPeP假定薄片表面与垂直，这相当于薄片表面的极化电荷q′与薄片两表面分开距离l的乘积。即P极化电荷面密度等于电极化强度沿介质表面外法线的分量上页下页返回退出上页下页返回退出EEE0各向同性线性电介质电极化强度与总电场的关系：EP0e五、介质中的静电场空间任一点总电场强度：【说明】由于电介质中，外电场与极化电荷的电场方向相反，所以电介质中的合场强总小于外场强。极化电荷产生的附加电场外加电场总场强（e称为介质的极化率）上页下页返回退出上页下页返回退出0000EEE00PEEEe00e1EE两板间电势差00e(1)dUEd两无限大极板间充满电极化率为e的均匀电介质。极板上自由电荷面密度为±s0，介质表面极化电荷面密度为±s′，电介质内电场上页下页返回退出上页下页返回退出平板电容器充满电介质时的电容00e(1)SSqCUUd0e)1(Cer10e0r)1(...