清华大学：《大学物理》第三册课程PPT教学课件（电磁学）第5章 静电场中的电介质

Tsinghua University 电磁学(第三册) 第5章静电场中的电介质 2005年春季学期陈信义编

2005年春季学期 陈信义编 电磁学（第三册） 第5章 静电场中的电介质

引言 电介质 Dielectric),就是绝缘体一无自由电 荷,不导电。 本章讨论: 在电场作用下,电介质的电荷如何分布? 电介质如何影响电场? 如何计算有电介质存在的电场分布? 请关注:电介质和导体在电学机制上的区 别

本章讨论： 电介质如何影响电场？ 在电场作用下，电介质的电荷如何分布？ 如何计算有电介质存在时的电场分布？ 引 言 电介质 (Dielectric)，就是绝缘体—无自由电 荷，不导电。 请关注：电介质和导体在电学机制上的区 别

目录 §51电介质对电场的影响 §52电介质的极化 §53D的高斯定理 △§54电容器和它的电容(自学) △§55电容器的能量(自学) §56介质中电场能量密度 演示实验】电介质对电炀的影响、压电 效应、电致伸缩

【演示实验】电介质对电场的影响、压电 效应、电致伸缩 §5.1 电介质对电场的影响 §5.3 D 的高斯定理 §5.2 电介质的极化 §5.5 电容器的能量（自学） §5.4 电容器和它的电容（自学） 目 录 §5.6 介质中电场能量密度 

§51电介质对电场的影响【演示实验】 +0 +o Eo UO 电介质 E;:: U -o Q 电场被削弱:E E En>1—相对介电常数 变压器油:E~2,24 钛酸钡:E~103104铁电体

§5.1 电介质对电场的影响【演示实验】 +Q -Q E0 U0 +Q -Q  r  1—相对介电常数 r r U U E E   0 0 = , = 变压器油： r ～2.24 钛酸钡： r ～103—104 铁电体 电介质 E，U 电场被削弱：

如何解释上述实验结果?导体情况: 电介质情况: 土士士士士士士士士士 ++十十十十 端面出现电荷一“束缚电荷”( bound charge)或“极化电荷”。 束缚电荷的电场E不能全部抵消E,只能 削弱总场E.机制与导体有何不同?

端面出现电荷 如何解释上述实验结果？ 束缚电荷的电场E′不能全部抵消E0，只能 削弱总场E. ++++++++++++ ----------------- + + + + + + + + - - - - - - - - 机制与导体有何不同？ E  E0  导体情况： － “ 束 缚 电 荷 ” （ bound charge）或“极化电荷” 。 电介质情况：

§52电介质的极化( polarization 、电介质的电结构 电中性的分子中,带负电的电子(或负离 子)与带正电的原子核(或正离子)束缚得很 紧,不能自由运动一束缚电荷或极化电荷。 电偶极子模型: 每一个分子中的正电荷集中于一点,称为 正电荷重心;负电荷集中于另一点,称为负 电荷重心一两者构成电偶极子

电中性的分子中，带负电的电子(或负离 子)与带正电的原子核(或正离子)束缚得很 紧，不能自由运动－束缚电荷或极化电荷。 §5.2 电介质的极化（polarization） 一、电介质的电结构 电偶极子模型： 每一个分子中的正电荷集中于一点，称为 正电荷重心；负电荷集中于另一点，称为负 电荷重心 — 两者构成电偶极子

二、有极分子和无极分子 1、有极分子( Polar molecule)一极性电介质 分子正负电重心不重合有固有电偶极矩 例如HCl、H2O、CO H 固有电偶极矩~1030Cm

固有电偶极矩 1、有极分子(Polar molecule) — 极性电介质 例如 HCl、 H2O、CO H2 O . . . O H H H O +H + p  分子正负电重心不重合 有固有电偶极矩 二、有极分子和无极分子 ~ 10–30 C·m

有极分子的电偶极矩 分子p/(10-30Cm)分子P/(10-30C·m) HC 3.43 haS 5.3 HBr 2.60 So2 3 HII 1.26 NH 5.0 CO 0.40 CHOH 3. 66 HO 6.2

分子 HCl 3. 43 H2S 5. 3 HBr 2. 60 SO2 5. 3 HI 1. 26 NH3 5. 0 CO 0. 40 C2H5OH 3. 66 p / (10−30C  m) 分子 p / (10−30C  m) H2O 6. 2 有极分子的电偶极矩

2、无极分子( Nonpolar molecule) 非极性电介质 分子正负电中心重合无固有电偶极 例如H2、O2、CO2、CH4 ○H H H-C-H

分子正负电中心重合 无固有电偶极 2、无极分子(Nonpolar molecule) 例如 H2、O2、CO2、CH4 CH4 H H H C H C H + H + H + H + — 非极性电介质

三、电介质的极化( Polarization) 在外电场作用下,电介质表面出现正负 电荷层的现象一电极化 无极分子位移极化 极化机制 有极分子取向极化

三、电介质的极化 (Polarization) 在外电场作用下，电介质表面出现正负 电荷层的现象—电极化 极化机制 无极分子位移极化 有极分子取向极化