文档介绍：第五章静电场中的电介质
§5. 1 电介质对电场的影响
§ 电介质的极化
§5. 3 的高斯定律
§ 电容器及电容
§5. 5 电容器的能量和电场的能量
§ 电介质对电场的影响
U
+Q
-Q
U
+Q
-Q
相对介电常数
(无量纲)
场强之间的关系可表示为:
与静电场中的导体比较
介质中
真空中
介质中某种电荷分布产生
与反向
§ 电介质的极化polarization
有极分子polar molecules
无极分子nonpolar molecules
有极分子
无极分子
-
+
-
+
热运动---紊乱
电中性
2. 有电场时
位移极化
displacement polarization
边缘出现电荷分布
称极化电荷polarization charges
或称束缚电荷bound charges
取向极化
orientation polarization
共同效果
有极分子
无极分子
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
附加电场
电偶极子排列的有序程度
反映了介质极化的程度,
排列愈有序说明极化愈剧烈
宏观上无限小微观上无限大的体积元
定义
单位
每个分子的电偶极矩
极化强度矢量
polarization vector
非极化分子电介质,每个分子的附加磁矩相同,若单位体积分子数为n,则极化强度矢量
1. 各向同性线性电介质 isotropy linearity
2. 各向异性线性电介质 anisotropy
介质的电极化率
张量描述
无量纲的纯数,与无关
与
、与晶轴的方位有关
极化强度与电场强度的实验关系
介质的相对介电常数
ferroelectrics
与间非线性,没有单值关系。
主要宏观性质
1)电滞现象
2)居里点
3)介电常数很大
类似于铁磁体
饱和
饱和
电介质的击穿
在外电场作用下,介质分子取向极化:分子电矩整齐
排列;或位移极化,分子正负电荷重心被拉开。仍保持绝
缘状态。
当外电场强到足以将分子电矩的正负电荷分离形成
自由电荷,介质的绝缘性被破坏而成为导体。
以各向同性、非极化分子电介质为例。
1、在介质内任意取面元dS,
-
+
-
+
-
+
-
+
在dS后取一斜高的薄层,
位置在该体积元内的分子数
设每个分子的正电荷量为q,穿过dS的极化电荷
位移极化,假定负电荷位置不动,
正电荷向电场方向发生位移
对极化分子电介质同样适用
S
2、任意取一闭合面S
留在S内的极化电荷
由于极化穿出S的极化电荷
由电荷守恒
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
S
-
+
-
+
-
+
介质内无净束缚电荷分布,净束缚电荷分布在介质表面
介质外法线方向
极化电荷面密度
-
+
-
+