1、1,6.9 电介质的极化 束缚电荷,电介质是电阻率大于 108m， 导电能力极差的物质, 又称绝缘体。如:空气、氢气等气体电介质; 纯水、油漆等液态电介质和玻璃、云母、橡胶、陶瓷、塑料等固态电介质。,电介质中不存在自由电子, 分子中的电子被原子核紧紧束缚, 即使在外电场作用下, 电子一般也不会像导体那样由于大量自由电子的定向迁移而在表面出现感应电荷。,2,在绝缘体中，电子处在紧束缚状态,它们可以相互交换位置, 但是不能到处移动， 即使处于外电场中, 其电子也只能在原子核之间作微观的相对位移。绝缘体不能导电, 但其内部可以存在电场。绝缘体在工业技术中具有重要的作用。,电介质的分子可分为两类:,无
2、极分子和有极分子.,本节只讨论各向同性的均匀的电介质。,将电介质至于外电场中,其表面也会出现电荷 ?,3,一、电介质对电容的影响,加入电介质后两极板间的电压为U 。,平板电容器两极板间无电介质和有电介质, 其上的电压值不同。,静电计测电压,无电介质时, 两极板间的电压为U0 ;,测量可得:,4,相对介电常数r 大于 1， 其大小随电介质的种类和状态不同而不同, 是电介质的特征常数。,干燥空气的相对介电常数:,加入电介质后电容器的电压下降了r倍, 但电量不变。,电容增加为,C r C0,相对介电常数与真空介电常数的乘积称为介电常数:,r = 1.00059 1 ( 0oC; 1atm）,5,加入
3、电介质后两极板间电压减小了, 表明其间电场减弱了。,电场减弱的原因是电介质的微观结构与外电场的相互影响。,6,二、 电介质分子的电结构,1. 无极分子,在无外场作用下整个分子无电偶极矩。,例如: CO2 , H2 , N2 , O2 , He ，CH4 (甲烷) 。,2. 有极分子,在无外场作用下存在固有电偶极矩。,+-,例如，H2O , HCl , CO , SO2 。,7,无外电场时,无极分子电介质,有极分子电介质,三、 电介质的极化 束缚(极化)电荷,对外不显电性。,由于热运动, 整体对外不显电性。,8,有外电场时,(分子) 位移极化,束缚电荷, 无极分子电介质,(分子) 取向极化,束缚
4、电荷, 有极分子电介质,9,外电场E0 极化 介质内电场 E。,讨论,2.无外电场下, 具有的电偶极矩称为固有电偶极矩。,3.在外电场中产生感应电偶极矩。,4.无极分子只有位移极化, 有极分子有上述两种极化机制。,1.无极分子和有极分子，在外电场中产生极化现象，出现束缚电荷。,10,束缚电荷 (极化电荷),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, 这种电荷不能在电介质内部自由移动, 也不能象导体中的自由电荷可用传导方法将其引离电介质。,无外电场时,11,6.10 电介质内的电场强度,以充满相对电容率为r 的各向同性均匀电介质的平行板电容器为例。,电介质内部的电场强度,
5、其中,12,由实验,在电介质内部，合电场强度总是小于自由电荷产生的电场强度。,13,真空中的高斯定理,6.11 电介质中的高斯定律 电位移矢量,当外电场中存在电介质时, 由于极化将引起周围电场的重新分布。 这时空间任一点的电场将由自由电荷和束缚电荷共同产生。,高斯定理,由于介质中的束缚电荷难以测定, 即使满足对称性要求, 仍很难用上式求出电场强度。,14,加入电介质(r ),则,引入电位移矢量：,有电介质时的高斯定理,15,通过高斯面的电位移通量等于高斯面所包围的自由电荷的代数和, 与极化电荷及高斯面外电荷无关。,有电介质时的高斯定理,电位移矢量：,16,(1) 电位移线,由于闭合面的电位移通量等于被包围的自由电荷, 所以电位移线始于正自由电荷，止于负自由电荷与束缚电荷无关。,r,(2) 各向同性电介质,介电常数决定于电介质种类。,讨论,17,R1,R2,例 Q0 均匀分布于导体球表面,置于均匀各向同性介质中。求 (1)电场的分布； (2)紧贴导体球表面处的束缚电荷。,R0,+Q0,解 (1),r,(2),
