1、THE DIELECTRIC IN THE ELECTROSTECTRATIVE FIELD第八章目录CONTENTS电 介 质 的 分 类T H E C L A S S I F I C A T I O N O F D I E L E C T R I C S1有 电 介 质 时 的 高 斯 定 理T H E G O S S T H E R O L O G Y W H E N D I E L E C T R I C S A R E A V A I L A B L E3电 介 质 的 极 化P O L A R I Z A T I O N O F T H E D I E L E C T R I C2
2、01电 介 质 的 分 类T H E C L A S S I F I C AT I O N O F D I E L E C T R I C S2022-1-30 4 2022-1-30 4电 介 质：内部几乎没有可以自由运动电荷的物体 绝 缘 体绝缘体第八章第6节 电介质的分类各 向 同 性 的 电 介 质 可 以 分 为 两 类2022-1-30 5 2022-1-30 5电 介 质：内部几乎没有可以自由运动电荷的物体 绝 缘 体甲 烷 CH4HHHHCH H氢 气 H21无极分子电介质无外电场时分子的正负电荷中心重合，分子的电偶极距为零无极分子第八章第6节 电介质的分类2022-1-30
3、6 2022-1-30 6电 介 质：内部几乎没有可以自由运动电荷的物体 绝 缘 体水 H2OHHepO聚 氯 乙 烯2有极分子电介质无外电场时分子正负电荷中心不重合，分子的电偶极距不为零。有极分子第八章第6节 电介质的分类02电 介 质 的 极 化P O L A R I Z A T I O N O F T H E D I E L E C T R I C2022-1-30 8 2022-1-30 8第八章第6节 电介质的极化下面研究电介质的极化。无极分子电介质在外电场的作用下，正负电荷中心发生 相对位移，形成电偶极子，且方向都沿着外电场的方向。2022-1-30 9 2022-1-30 90E
4、0Eep在电介质的表面将出现 正 负 极 化 电 荷，是由于电荷中心位移引起的。第八章第6节 电介质的极化2022-1-30 10 2022-1-30 10第八章第6节 电介质的极化各个分子排列十分紊乱；1电介质宏观不显电性；2有极分子电介质在没有外电场存在时，由于分子的热运动2022-1-30 11 2022-1-30 110E0Eep1f2f处于外电场时，每个分子受到 电场力矩的作用，使得各电偶极子的电偶极矩将转向外电场的方向。第八章第6节 电介质的极化2022-1-30 12 2022-1-30 120E0Eep1f2f有极分子和无极分子电介质极化的 微观机制虽有不同，但宏观结果是一样的
5、，所以在宏观描述时不加以区分。第八章第6节 电介质的极化2022-1-30 13 2022-1-30 13：电介质中任取一小体积元 V，由于电介质未被极化，所有分子的电偶极矩矢量和为零，即 0ip有外场时：电介质将被极化，体积元中。且外电场越强，电介质极化程度越高，分子电偶极矩的矢量和越大 0ip无外场时第八章第6节 电介质的极化2022-1-30 14 2022-1-30 14：单位体积内分子电偶极矩的矢量和。单 位：库仑/米2（）VpPi：电介质中各处的电极化强度均相同时。第八章第6节 电介质的极化2022-1-30 15 2022-1-30 15第八章第6节 电介质的极化：极化的程度越高
6、，电介质表面上的极化电荷面密度也越大。之间的关系：接下来我们来看电极化强度与极化电荷面密度的关系。电介质极化时2022-1-30 16 2022-1-30 16+-+PS l以电荷面密度为 和 的两平行平板间充满 均匀电介质为例进行讨论。0 0 第八章第6节 电介质的极化如图，在电介质中取一长为，底面积为 的柱体，柱体内两底面的 极 化 电 荷 面 密 度分别为 和。+2022-1-30 17 2022-1-30 17+-+PS l以电荷面密度为 和 的两平行平板间充满 均匀电介质为例进行讨论。0 0 分子电偶极矩矢量和的大小p S l 第八章第6节 电介质的极化2022-1-30 18 20
7、22-1-30 18+-+PS l以电荷面密度为 和 的两平行平板间充满 均匀电介质为例进行讨论。0 0 电极化强度的大小S lS l VpP 第八章第6节 电介质的极化2022-1-30 19 2022-1-30 19+-+PS l以电荷面密度为 和 的两平行平板间充满 均匀电介质为例进行讨论。0 0 S lS l VpP 两平行板间均匀电介质的电极化强度大小，等于极化电荷面密度第八章第6节 电介质的极化2022-1-30 20 2022-1-30 20+-+PS l电介质极化后在与外电场E0垂直的两侧面出现极化电荷，极化 电荷在介质中将产生一个与外 电场E0方向相反的附加电场。E第八章第6
8、节 电介质的极化2022-1-30 21 2022-1-30 21+-+PS l0E E E 00E E E E 第八章第6节 电介质的极化介质内部的合场强由于 和 反向0E E但 不 会 完 全 抵 消 而 变 为 02022-1-30 22 2022-1-30 22+-+PS l可证明均匀介质极化后介质中合场强的大小E与真空时同一点的场强大小E0的关系。r00EE E E 第八章第6节 电介质的极化2022-1-30 23 2022-1-30 23+-+PS lr00EE E E 除真空 外，电介质的。1 r1 r相对介电常数或相对电容率第八章第6节 电介质的极化03有 电 介 质 时 的
9、 高 斯 定 理T H E G O S S T H E R O L O G Y W H E N D I E L E C T R I C S A R E AVA I L A B L E2022-1-30 25 2022-1-30 25第八章第6节 有电介质时的高斯定理在前面我们只研究了真空中静电场的高斯定理。当静电场中有电介质时，在高斯面内不仅有自由电荷，而且还会有 极化电荷。这时，高斯定理应有哪些变化呢？2022-1-30 26 2022-1-30 26+-+rS极板上自由电荷的面密度为 0电介质表面上极化电荷的面密度为第八章第6节 有电介质时的高斯定理如图，取一闭合的底面积为S正柱面作为高斯
10、面设2022-1-30 27 2022-1-30 27+-+rS根据高斯定理得第八章第6节 有电介质时的高斯定理)(1d00Q QS ES 自由电荷电量2022-1-30 28 2022-1-30 28+-+rS根据高斯定理得第八章第6节 有电介质时的高斯定理)(1d00Q QS ES 极化电荷电量2022-1-30 29 2022-1-30 29+-+rS将 代入0rr1QQ)(1d00Q QS ES 得 0 r 0d Q S ES 令 为电介质电容率E E D r 00 r=第八章第6节 有电介质时的高斯定理2022-1-30 30 2022-1-30 30+-+rS0 r 0d Q S
11、ES 0Q S d DS 第八章第6节 有电介质时的高斯定理电位移2022-1-30 31 2022-1-30 31+-+rS0Q S d DS 通过任意闭合曲面 S的 电 位 移 通 量第八章第6节 有电介质时的高斯定理2022-1-30 32 2022-1-30 32+-+rS0Q S d DS 虽由两平行带电平板中充有均匀电介质得出的结论。第八章第6节 有电介质时的高斯定理2022-1-30 33 2022-1-30 33+-+rS0Q S d DS 虽由两平行带电平板中充有均匀电介质得出的结论。第八章第6节 有电介质时的高斯定理2022-1-30 34 2022-1-30 34静 电 场 中通过任意闭合曲面的电位移通量等于该闭合曲面内所包围的 自 由 电 荷的代数和。niiSQ S D10d 但事实证明它在一般情况下依旧适用,因而 有 电 介 质时的高斯定理可以写为第八章第6节 有电介质时的高斯定理T H A N K S F O R W AT C H I N G
