武警学院：《大学物理学》第九章 静电场中的导体和电介质 9.3 静电场中的电介质 9.4 电位移、有电介质时的高斯定

武警学院教学课件 大学物理学电子数枭 静电场中的电介质1 9-3静电场中的电介质 9-4电位移有电介质时的高斯定飞 理

大学物理学电子教案 武警学院教学课件 静电场中的电介质1 9－3 静电场中的电介质 9－4 电位移 有电介质时的高斯定 理

复习 9-1静电场中的导体 静电感应静电平衡条件 静电平衡时的电荷分布 静电屏蔽 9-2电容电容器 孤立导体的电容 电容器 电容器并联和串联

复 习 9－1 静电场中的导体 • 静电感应 静电平衡条件 • 静电平衡时的电荷分布 • 静电屏蔽 9－2 电容 电容器 •孤立导体的电容 •电容器 •电容器并联和串联

9-3静电场中的电介质 所谓电介质,是指不导电的物质,即绝缘体,内部 没有可以移动的电荷。 °若把电介质放入静电场中,电介质原子中的电子和 原子核在电场力的作用下,在原子范围内作微观的相 对位移。 °达到静电平衡时,电介质内部的场强也不为零 在外电场中电介质要受到电场的影响,同时也影 响外电场

9-3 静电场中的电介质 •所谓电介质，是指不导电的物质，即绝缘体，内部 没有可以移动的电荷。 •若把电介质放入静电场中，电介质原子中的电子和 原子核在电场力的作用下，在原子范围内作微观的相 对位移。 •达到静电平衡时，电介质内部的场强也不为零。 在外电场中电介质要受到电场的影响，同时也影 响外电场

电介质对电容的影响相对电容率 1、电介质对电容器电容影响 +O 电容器充电后,撤去电源,使两极 板上的电量维持恒定,测得充满电 介质电容器两极板间的电压U,为 真空电容器两极板间的电压U0的 1/en倍,即U=U/Er。因而,充满 电介质电容器的电容为 +o E Co U /8 Q 极板间充满电介质所电容器的电容 为真空电容的e倍

一、电介质对电容的影响 相对电容率 1、电介质对电容器电容影响 电容器充电后，撤去电源，使两极 板上的电量维持恒定，测得充满电 介质电容器两极板间的电压U，为 真空电容器两极板间的电压U0的 1/er倍，即U= U0 / er 。因而，充满 电介质电容器的电容为 0 0 0 / C U Q U Q C r r e e = = = +Q –Q U0 +Q –Q U 极板间充满电介质所电容器的电容 为真空电容的er倍

2、电介质的相对电容率和电容率 En叫做电介质的相对电容率 相对电容率er与真空电容率E0的乘积e=e0叫做电容率 3、电介质中的电场强度 e=ld 电介质内任意 真空中 点的电场强度 电介质中E=Ud=(U0/n)/d 为原来真空时 电场强度的1lr (uo/d) 4、电介质的击穿场强与击穿电压 Eb=Ub/d 当电场强度增大的某一最大场强E时,电介质分子发生电离, 从而使电介质分子失去绝缘性,这时电介质被击穿。 电介质能够承受的最大场强E称为电介质的击穿场强。此时, 两极板间的电压称为击穿电压U

2、电介质的相对电容率和电容率 er 叫做电介质的相对电容率 相对电容率er与真空电容率e0的乘积e=ere0叫做电容率 3、电介质中的电场强度 真空中 E0 = U0 / d ( ) ( ) r r r U d E E U d U d e e e / / / / / / 0 0 0 = = 电介质中 = = 电介质内任意 点的电场强度 为原来真空时 电场强度的1/er 4、电介质的击穿场强与击穿电压 当电场强度增大的某一最大场强Eb时，电介质分子发生电离， 从而使电介质分子失去绝缘性，这时电介质被击穿。 电介质能够承受的最大场强Eb称为电介质的击穿场强。此时， 两极板间的电压称为击穿电压Ub 。 Eb= Ub /d

电介质的极化 1、电介质的分类 无极分子:分子的正负电荷中心在无电场 时是重合的,没有固定的电偶极矩,如 H2、HCl4,CO2,N2,O2等 有极分子:分子的正负电荷中心在无 电场时不重合的,有固定的电偶极矩, 如H2O、HC等。 E 每一个分子的正电荷q集中于一点, 称为正电荷的“重心”,负电荷-q集 中于一点,称为正负电荷的“重心”; 分子构成电偶极子p=yl

无极分子：分子的正负电荷中心在无电场 时是重合的，没有固定的电偶极矩，如 H2、HCl4，CO2，N2， O2等 有极分子：分子的正负电荷中心在无 电场时不重合的，有固定的电偶极矩， 如H2O、HCl等。 1、电介质的分类 二、电介质的极化 每一个分子的正电荷q集中于一点， 称为正电荷的“重心”，负电荷-q集 中于一点，称为正负电荷的“重心”； 分子构成电偶极子 p=ql – + +q –q E  + - 

2、无极分子的极化机理位移极化 无外电场时,分子的正负电荷中心重合;有外电场时,正、负 电荷将被电场力拉开,偏离原来的位置,形成一个电偶极子, 叫作诱导电偶极矩。 无极分子 外场 △ 外 ●●●● T=0 K 热运动上三>斗∑p≠0 T>0 K E 处于外电场,每个分子都有一定的诱导 电偶极矩,以致在电介质与外电场垂直 g+ 的两个表面上出现正电荷和负电荷。 极化电荷或束缚电荷

2、无极分子的极化机理——位移极化 无外电场时，分子的正负电荷中心重合；有外电场时，正、负 电荷将被电场力拉开，偏离原来的位置，形成一个电偶极子， 叫作诱导电偶极矩。 处于外电场，每个分子都有一定的诱导 电偶极矩，以致在电介质与外电场垂直 的两个表面上出现正电荷和负电荷。— —极化电荷或束缚电荷。 – + –q +q l  E  无极分子 V E外 E外   0 i pi  外场 T=0 K 热运动 T>0 K

3、有极分子的极化机理取向极化 当没有外电场时,电偶极子的排列是杂乱无章的,因而对 外不显电性。 当有外电场时,每个电偶极子都将受到一个力矩的作用。 在此力矩的作用下,电介质中的电偶极子将转向外电场的方 向。 在垂直于电场方向的两个表面上,将产生极化电荷。 E 取向极化

3、有极分子的极化机理——取向极化 •当没有外电场时，电偶极子的排列是杂乱无章的，因而对 外不显电性。 – + +q –q E  + + + – – – E0  取向极化 •当有外电场时，每个电偶极子都将受到一个力矩的作用。 在此力矩的作用下，电介质中的电偶极子将转向外电场的方 向。 •在垂直于电场方向的两个表面上，将产生极化电荷

4、极化电荷 在外电场中,出现束缚电荷的现象叫做电介质的极化。 三 十+十 E 5、电晕现象 在潮湿或阴雨天的日子里,高压输电 线附近,常可以见到有浅蓝色辉光的 放电现象,称为电晕现象。 电晕现象可以用水分子的极化和尖端 +++++ 放电来解释

4、极化电荷 在外电场中，出现束缚电荷的现象叫做电介质的极化。 E E 5、电晕现象 在潮湿或阴雨天的日子里，高压输电 线附近，常可以见到有浅蓝色辉光的 放电现象，称为电晕现象。 电晕现象可以用水分子的极化和尖端 放电来解释

三、电极化强度 引入 在没有外电场时,电介质未被极化,内部宏观小体积元中各 分子的电偶极矩的矢量和为零;当有外电场时,电介质被极 化,此小体积元中的电偶极矩的矢量和将不为零。外电场越 强,分子的电偶极矩的矢量和越大 用单位体积中分子的电偶极矩的矢量和来表示电介质的极化 程度 2、电极化强度的定义3、关于电极化强度的说明 单位体积中分子的电偶 电极化强度用来表征电介质极化 极矩的矢量和叫作电介 程度的物理量; 质的电极化强度。 单位:C.m-2,与电荷面密度的单 位相同; °若电介质的电极化强度大小和方 △p 向相同,称为均匀极化;否则, 称为非均匀极化

三、电极化强度 1、引入 在没有外电场时，电介质未被极化，内部宏观小体积元中各 分子的电偶极矩的矢量和为零；当有外电场时，电介质被极 化，此小体积元中的电偶极矩的矢量和将不为零。外电场越 强，分子的电偶极矩的矢量和越大。 用单位体积中分子的电偶极矩的矢量和来表示电介质的极化 程度 2、电极化强度的定义 单位体积中分子的电偶 极矩的矢量和叫作电介 质的电极化强度。 V p P  =    3、关于电极化强度的说明 •电极化强度用来表征电介质极化 程度的物理量； •单位：C.m-2，与电荷面密度的单 位相同； •若电介质的电极化强度大小和方 向相同，称为均匀极化；否则， 称为非均匀极化