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1、静电场与电介质的相互作用第1页，本讲稿共17页95 静电场与电介质的相互作用静电场与电介质的相互作用一、电介质及其分类一、电介质及其分类二、电介质的极化二、电介质的极化三、电介质对电场的影响三、电介质对电场的影响四、电位移矢量与介质中的高斯定理四、电位移矢量与介质中的高斯定理例题分析例题分析第2页，本讲稿共17页一、电介质及其分类一、电介质及其分类1、电介质电介质 电介质电介质是指导电能很差、电阻率很大，或者说是指导电能很差、电阻率很大，或者说电介质是绝缘的、不导电的物质。电介质是绝缘的、不导电的物质。2、电介质的分类电介质的分类：（按照构成电介质的分子的电结构分类）：（按照构成电介质的分子的
2、电结构分类）CH+H+H+H+正负电荷正负电荷中心重合中心重合甲烷分子甲烷分子+正电荷中心正电荷中心负电荷负电荷中心中心H+HO水分子水分子无极分子无极分子有极分子有极分子第3页，本讲稿共17页无极分子电介质无极分子电介质 无极分子构成的电介质无极分子构成的电介质无外电场时的特点：无外电场时的特点：有极分子电介质有极分子电介质 有极分子构成的电介质有极分子构成的电介质无外电场时的特点：无外电场时的特点：二、电介质的极化二、电介质的极化1 1、电介质的、电介质的极化极化在静电场中，电介质内部在静电场中，电介质内部的电荷分布会发生改变的的电荷分布会发生改变的现象称为电介质的极化现象称为电介质的极化
3、体内体内=0，表面，表面=0，每一个分子，每一个分子 ，整体，整体体内体内=0，表面，表面=0，每一个分子，每一个分子 ，整体，整体无极分子的无极分子的位移极化位移极化 无极分子受电场力的作用，正负电荷中心被拉开，在电介质内部形成一个个有无极分子受电场力的作用，正负电荷中心被拉开，在电介质内部形成一个个有序排列的电偶极子，称为序排列的电偶极子，称为位移极化位移极化。有极分子的有极分子的转向极化转向极化 有极分子形成的电偶极子受电场力的作用发生转向，在电介质内部形成有极分子形成的电偶极子受电场力的作用发生转向，在电介质内部形成较为有序排列的电偶极子，称为较为有序排列的电偶极子，称为转向极化转向极
4、化。第4页，本讲稿共17页无极分子的无极分子的位移极化位移极化无外电场时无外电场时加上外电场后加上外电场后+极化电荷极化电荷极化电荷极化电荷第5页，本讲稿共17页有极分子的有极分子的转向极化转向极化+无外电场时无外电场时 电矩取向不同电矩取向不同两端面出现两端面出现极化电荷层极化电荷层加上外场加上外场极化电荷层极化电荷层极化电荷层极化电荷层第6页，本讲稿共17页2 2、极化强度与极化规律、极化强度与极化规律 无论是无极分子电介质还是有极分子电介质，极化之后，无论是无极分子电介质还是有极分子电介质，极化之后，其体内其体内=0（各向同各向同性的均匀电介质）的均匀电介质）,每一个分子每一个分子pi0
5、,整整体体 ，其宏观表现都一样其宏观表现都一样 0 极化电荷面密度极化电荷面密度极化强度极化强度 描述了描述了电介质电介质极化强弱极化强弱，反映了电介质内分子电偶极，反映了电介质内分子电偶极矩排列的有序程度。矩排列的有序程度。极化规律极化规律如何评价有序程度？如何评价有序程度？各向同性电介质各向同性电介质第7页，本讲稿共17页极化强度与极化电荷的关系极化强度与极化电荷的关系 均匀介质极化时，其表面上均匀介质极化时，其表面上某点的极化电荷面密度，等于某点的极化电荷面密度，等于该处电极化强度在外法线上的该处电极化强度在外法线上的分量。分量。极化电荷极化电荷 在电场中，穿过任意闭合曲在电场中，穿过任
6、意闭合曲面的极化强度通量等于该闭合面的极化强度通量等于该闭合曲面内曲面内极化电荷总量的负值极化电荷总量的负值。表面极化电荷表面极化电荷第8页，本讲稿共17页三、电介质对电场的影响三、电介质对电场的影响应针对具体问题才能得出具体结果应针对具体问题才能得出具体结果例：例：求无限大均匀带求无限大均匀带电的正负极板间各向电的正负极板间各向同性均匀电介质内部同性均匀电介质内部的场强的场强电介质中的电场电介质中的电场 E E0 E E0 电介质电介质 极化极化 E E0 E E 空间的场强分布发生改变空间的场强分布发生改变第9页，本讲稿共17页第10页，本讲稿共17页 四、电位移矢量与介质中的高斯定理四、
7、电位移矢量与介质中的高斯定理1 1、电位移矢量、电位移矢量2 2、介质中的高斯定理、介质中的高斯定理3 3、各向同性均匀电介质各向同性均匀电介质中场强与电位移的关系中场强与电位移的关系电位移矢量电位移矢量真空中真空中介质中介质中通过任意闭合曲面的电位移通量，等于该通过任意闭合曲面的电位移通量，等于该闭合曲面所包围的闭合曲面所包围的自由电荷自由电荷的代数和。的代数和。介质的介电常数介质的介电常数或电容率或电容率第11页，本讲稿共17页线线线线电位移线电位移线大小大小:方向方向:电场方向电场方向第12页，本讲稿共17页例例 设一带电量为设一带电量为q0的点电荷周围充满介电常数为的点电荷周围充满介电
8、常数为的均匀介质，求场强分布的均匀介质，求场强分布 根据介质中的高斯根据介质中的高斯定理定理 解解 例题分析例题分析第13页，本讲稿共17页例例如图所示，如图所示，求：求：介质层内外的介质层内外的场强分布场强分布 介质层内外的介质层内外的电势分布电势分布 金属球金属球的的电势电势解：解：取半径为取半径为 r 的高斯面的高斯面S，用介质中的高斯定理求，用介质中的高斯定理求场强分布场强分布导体导体电介质电介质第14页，本讲稿共17页根据电势的定义求电势分布根据电势的定义求电势分布金属球上各点电势相同，金属球为一等势体金属球上各点电势相同，金属球为一等势体第15页，本讲稿共17页例：如图所示，已知两平板电极例：如图所示，已知两平板电极A、B之间充满厚度分别为之间充满厚度分别为d1、d2的均匀的均匀电介质电介质r1、r2，求两极板之间的电，求两极板之间的电势差。势差。解：解：1、利用介质中的高斯定理求、利用介质中的高斯定理求 D 选取选取高斯面高斯面如图，电位移如图，电位移D对该高斯面的通量对该高斯面的通量第16页，本讲稿共17页3、根据电势差的定义计算电势差、根据电势差的定义计算电势差2、利用场强与电位移的关系求场强、利用场强与电位移的关系求场强第17页，本讲稿共17页