文档介绍：第三章电介质
静电场中:(1)存在导体时,出现静电感应,其体内,表现出许多特性,如导体等势体等;
(2)存在介质时,出现介质极化、极化电荷,其内。
本章研究电介质中的静电场性质,是上一章的延续,也是静电学的一般形式,是静电学的难点和重点。
§1 电介质的极化
一、极化现象
1、电介质
几乎所有的物体在电场中都呈现双重性质。
具有介电性的物体称为电介质。理想的电介质是良好的绝缘体,即完全没有
导电性的物质,其内部无自由电子,但因物质由分子、原子(核、核外电子)组成,故它们对电场的作用有一定响应,且与电场之间有一定相互作用。
2、极化现象
现象之一:如图3-1,介质微粒直立,出现极化。(制作砂纸的原理)
直流高
压电源
导体平板电容器

图3-1
现象之二:如图3-2,两相同电容器,其真空电容量均为,并联地接在同
一电源上——恒压。在2电容器内充满介质,则其电容量为
,
实验告知增大至的倍
εr C
Co d
ε
式中反映电介质性质,不同的介质其不同,是一个纯数,有表可查,称为相对介电常数。
图3-2
[分析]
∵相同,、,且
∴,或。
尽管2电容器极板上自由电荷分布比1电容器大,但1、2两电容器内的电场大小未变:,即,此处的是介质内的总场,,故知介质板上两侧出现极化电荷产生附加场,使激发的场与抵消后仍保持。
现象之三:如图3-3,两相同电容器充电后与电源断开,带电恒定,测量充满介质和不充介质两情况下极板间的电压。实验告知:,如何解释成因?
+Q

-Q
+Q

-Q
+
Uo
-
+
U
-

图3-3
一定, ,表明引入介质使电容器两板间场,
而原来的在介质内变成,即充介质后板间的电场变弱,有一种“屏蔽”作用——极化现象。这是因为:介质表面出现上“-”、下“+”电荷产生退极化场,抵消了原场的一部分,使介质内总场,此与导体中感应电荷激发的不同,它不足以完全抵消而使。
以后我们以极化电荷代替介质对场的影响,这些极化电荷是介质内束缚
电荷的微小移动造成的宏观效果。
3、介质的击穿场强
电介质除能使电容器的电容量增大外,还能提高电容器的耐压能力。当电介
质中的电场超过某一极限值时,介质的绝缘性能会被破坏,此现象叫电介质的击穿,该场强的限值叫电介质的介电强度或击穿场强。
例如:空气: ;云母:。
二、极化的微观机制
宏观电磁理论仅深入至物质分子、原子的层次研究问题。
1、电介质的分类(考虑无外场时)
组成介质的分子或原子,系统净电荷为零,据等量正、负电荷中心重合进行对电介质分类:
O C O
-q/2 +q -q/2
CO2分子
无极分子——电介质分子的正、负电荷中心重合。例如:分子,如图3-4所示,其中,,即分子电矩为零。
图3-4
有极分子——电介质分子正、负电荷之中心不重合。即使分子,但正、负电荷形成一固有电偶极矩。例如:分子,如图3-5所示,其中,有分子固有电偶极矩。