第七章物质中的电场 研究问题: 静电场中电介质的特征,静电学基本规律在电介质中的应用 教学要求: 掌握电介质在静电场中的性质;理解电介质极化的微观机制,以 及与静电场的相互作用和影响; 能够熟练运用有关物理概念和规律,计算有电介质存在的条件下 电场强度、电势; 掌握介质中静电场能量的意义和计算
第七章 物质中的电场 研究问题： 静电场中电介质的特征，静电学基本规律在电介质中的应用。 教学要求： 掌握电介质在静电场中的性质；理解电介质极化的微观机制，以 及与静电场的相互作用和影响； 能够熟练运用有关物理概念和规律，计算有电介质存在的条件下 电场强度、电势； 掌握介质中静电场能量的意义和计算
第七章物质中的电场 §7.1电介质的极化 §7.2极化强度和极化电荷 §7.3介质中的静电场 §7.4实际物体的极化 §7.5介质中的高斯定理 §7.6电介质中的静电能
第七章 物质中的电场 §7. 1 电介质的极化 §7. 2 极化强度和极化电荷 §7. 3 介质中的静电场 §7. 4 实际物体的极化 §7. 5 介质中的高斯定理 §7. 6 电介质中的静电能
§7.1电介质的极化 口电介质的极化 电介质极化的微观模型 思考题和计算题
§7. 1 电介质的极化 • 电介质的极化 • 电介质极化的微观模型 • 思考题和计算题
电介质的极化 电介质与静电场的相互作用 正常情况下,电场不可能使组成电介质的原 子或分子内部的正负电荷产生宏观上的运动,但能 影响带电粒子在微观范围内的运动。宏观上观察到 的物理现象是这种影响的平均效果
电介质的极化 • 电介质与静电场的相互作用 正常情况下，电场不可能使组成电介质的原 子或分子内部的正负电荷产生宏观上的运动，但能 影响带电粒子在微观范围内的运动。宏观上观察到 的物理现象是这种影响的平均效果
电介质的极化 实验分析 现象: 带电量一定时,电容器两极板间的电势差因插 入电介质而减小—说明电容器内部的场强减弱了 原因: 介质表面出现了与极板电荷异号的电荷 电介质的极化
电介质的极化 • 实验分析 现象： 带电量一定时，电容器两极板间的电势差因插 入电介质而减小——说明电容器内部的场强减弱了。 原因： 介质表面出现了与极板电荷异号的电荷 ——电介质的极化
电介质的极化 相对介电常数 插入电介质后,电容器的电容增大 当电容器内部充满同一种均匀的电介质时, 介质电容器的电容为真空电容器电容的r倍 r:相对介电常数,是反映介质特性的物理量
电介质的极化 相对介电常数 插入电介质后，电容器的电容增大 当电容器内部充满同一种均匀的电介质时， 介质电容器的电容为真空电容器电容的εr倍。 εr：相对介电常数，是反映介质特性的物理量。 r C C = 0
电介质极化的微观模到 原子或分子系统的电矩 原子或分子系统的净电荷为零,但它在系统以外 产生的电场不一定为零。一级近似下,可以把原子 或分子看作一个电偶极子,并用电矩描写原子或分 子的电效应分子电矩 对于净电荷为零的系统,其电势主要由其偶极矩决定,但 当电荷系统的电荷分布相对于原点对称时,则P=0,此时电势 应由电四极子的电势决定
电介质极化的微观模型 • 原子或分子系统的电矩 原子或分子系统的净电荷为零，但它在系统以外 产生的电场不一定为零。一级近似下，可以把原子 或分子看作一个电偶极子，并用电矩描写原子或分 子的电效应——分子电矩 对于净电荷为零的系统，其电势主要由其偶极矩决定，但 当电荷系统的电荷分布相对于原点对称时，则P=0，此时电势 应由电四极子的电势决定
电介质极化的微观模型 两类电介质 无极分子: 原子或分子中正电荷中心和负电荷中心重合,整 个分子的电偶极矩为零 有极分子 分子净电荷为零,但其正电荷中心和负电荷中心 不重合。电偶极矩不为零
电介质极化的微观模型 • 两类电介质—— 无极分子： 原子或分子中正电荷中心和负电荷中心重合，整 个分子的电偶极矩为零。 。 有极分子： 分子净电荷为零，但其正电荷中心和负电荷中心 不重合。电偶极矩不为零
电介质极化的微观模 两类电介质的极化模型 无极分子位移极化: 受外电场作用时,正负电荷中心发生相对位移 整个分子成为电偶极子。位移大小与电场成正比 电子位移量极小,因为实验室所能产生的宏观电场要比原 子核在原子范围内产生的电场小得多
电介质极化的微观模型 • 两类电介质的极化模型—— 无极分子位移极化： 受外电场作用时，正负电荷中心发生相对位移， 整个分子成为电偶极子。位移大小与电场成正比。 电子位移量极小，因为实验室所能产生的宏观电场要比原 子核在原子范围内产生的电场小得多
电介质极化的微观模到 有极分子取向极化: 无外场作用时,由于分子的无规则热运动,电介 质中各偶极矩的取向完全杂乱,各体积内分子偶极矩 的矢量和为零。 外加电场作用时,每个分子电矩都不同程度 地转向电场方向,趋向于沿电场方向排列 无规则热运动几乎不因电场的存在而受到影响,取向作 用因此受到严重破坏
电介质极化的微观模型 有极分子取向极化： 无外场作用时，由于分子的无规则热运动，电介 质中各偶极矩的取向完全杂乱，各体积内分子偶极矩 的矢量和为零。 外加电场作用时，每个分子电矩都不同程度 地转向电场方向，趋向于沿电场方向排列。 无规则热运动几乎不因电场的存在而受到影响，取向作 用因此受到严重破坏