大学物理之电介质.pptx

,1、电介质,：当物体某部分带电以后，电荷只停留在该,部分，而不能显著地向其它部分分布。,5.8.1 电介质极化,5.8 电介质极化及其对静电场影响,特点,（1）介质中每个分子或原子内电子受原子,核束缚很强，造成电子在介质内不能自,由移动。,（2）每个分子整体呈中性，正负电荷分布在分子,占据整个空间，但我们能够给出一个等效,正电荷中心,和,负电荷中心,。,1/22,2.电介质分类及极化,无极,分子电介质：（氢、甲烷、石蜡等）,有极,分子电介质：（水、有机玻璃等）,(1)电介质分类,无极,分子：在无外场时,正负电荷中心重合分子。,有极,分子：,在无外场时,正负电荷中心不重合分子。,2/22,（）电介质极化,无极分子,位移极化：,有极分子,取向极化：,E,f,f,E,f,f,3/22,电介质极化现象：,在外场作用下，电介质出现束缚,电荷现象。,4/22,5.8.2 电极化强度,1 极化强度矢量,：单位体积内分子电偶极矩矢量之和,:电极化强度,:分子电偶极矩,单位：,(1)定义：,(2)束缚电荷分布与,P,关系,试验证实：,在各向同性介质中,在SI制中,5/22,5.9 电位移矢量 电介质中高斯定理,引入:,则有,介质中高斯定理,6/22,电位移矢量,（均匀各相同性介质）,与 关系,设:,（,任何,介质）,7/22,电位移线：,起始于正自由电荷终止于负自由电荷。与束缚,电荷无关。,电 力 线：,起始于正电荷终止于负电荷。包含自由电荷和与,束缚电荷。,电位移线：方向与大小。,电位移线与电力线区分,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,+,+,+,+,-,-,-,-,+,-,电力线 电位移线,8/22,+,-,例1,一平行平板电容器充满两层厚度各为,d,1,和,d,2,电介质，它们相对电容率分别为,r1,和,r2,极板面积为S.,求:,电容器电容；,-,+,+,-,解:,9/22,+,-,+,-,+,-,10/22,例2,惯用圆柱形电容器，是由半径为,R,1,长直圆柱导体和同轴半径为,R,2,薄导体圆筒组成，并在直导体与导体圆筒之间充以相对电容率为,r,电介质.设直导体和圆筒单位长度上电荷分别为+,和-,.,求（1）,电介质中电场强度、电位移和极化强度；,（2）,此圆柱形电容器电容,11/22,解（1）,12/22,真空圆柱形电容器电容,（2）,由（）可知,单位长度电容,13/22,5.10 静电场能量,一 带电系统能量,在电荷相对移动时，外力必须克服电荷间 相互作用力而作功。由能量守恒及转化定律可知，外力作功转化为带电系统所含有电能。此电能分布在电场空间内，也就是,电场能量,。,一带电量为Q带电体，其带电状态是这么建立：不停把微小电量d,q,，从无穷远处移到此带电体上，一直到它带有电量Q为止。当移第一个微小电量时，物体原来不带电，所以此时d,q,不受电场力作用，当移第二个d,q,时，外力将克服电场力做功：,14/22,外力克服电场力所做总功为：,静电力是保守力，所以外力所做功等于带电体所含有静电能。,两极板A和B分别带有+Q和-Q，电势差为U,AB,时储存能量,二 电容器静电能,设电容器电容为C,任一时刻当两极板上已分别带有电荷+,q,和-,q,，假如再将,dq,从B板移到A板，外力克服电场力所做功为：,15/22,全部过程中，外力所做功为：,带电电容器静电能,W,为：,又因为,+q,-q,dq,16/22,三 电场能量 能量密度,带电系统形成过程就是建立电场能量过程，带电系统能量就是电场能量。把计算电容器能量公式用到平行板电容器时，有：,V是电容器内电场空间所占体积。,由此可见，电能储存在电场中。电场是电能量携带者。,17/22,平板电容器场强是均匀分布，所以电场能量也是均匀分布。,定义：,静电场能量密度为单位体积电场能量。,这是一普遍适用公式，在非均匀电场和改变电场中依然适用。,要计算任一带电系统整个电场中所储存总能量，即：,18/22,例3：一个半径为,R,，体电荷密度为,介质球,，介电常数为,，球外为真空。,试利用电场能量公式求此带电球体系统静电能。,解：,19/22,20/22,例4,（1）计算：带电量为Q，半径为R导,体球静电能.（球外真空）,（2）在多大半径球面内所储存能量,为总能量二分之一？,解（1）由高斯定理得,21/22,（2）设离球心R,0,远空间范围内所储存,能量是总能量二分之一，即：,可见：电场越强地方，储存能量越多。,22/22,