广东工业大学：《大学物理》课程教学课件（讲稿）第五篇 电磁学 第12章 静电场中的导体电介质（静电场中的电介质）

广东工业大学第12章电场中的导体电介质大学物理A教素BuangdongUniversity ofTechnology第12章静电场中的导体电介质

第12章 电场中的导体 电介质 大学物理A教案 第12章 静电场中的导体 电介质

广东工业大学第12章电场中的导体电介质大学物理A教素euanadongUniversityofTechnology电介质(2)导体主要内容：静电场中的电介质

第12章 电场中的导体 电介质 大学物理A教案 导体 电介质(2) 静电场中的电介质 主要内容：

广李工业大学第12章电场中的导体电介质大学物理A教素uanadongUniversityofTechnology$12. 2静电场中的电介质两类电介质有极分子电介质p.±0分子的正、负电荷中心不重合，分子电矩此外还有如：HCI CO,....H,0无极分子电介质分子的正、负电荷中心重合，分子固有电矩P。=0H此外还有如：He,H2,N2,O2,CH4（甲烷）H

第12章 电场中的导体 电介质 大学物理A教案 §12.2 静电场中的电介质 1. 两类电介质 有极分子电介质 O- H+ H+ H2O + 分子的正、负电荷中心不重合，分子电矩 pe  0  -q +q 无极分子电介质 C- H+ H+ H+ H+ CH4（甲烷） 分子的正、负电荷中心重合，分子固有电矩 pe = 0  ± 此外还有 HCl, CO, 此外还有 He,H2 , N2 ,O2 ,  如: 如:

广李工业大学第12章电场中的导体电介质大学物理A教素uangdongUpiversityofTechnolog2.电介质的极化电介质极化在外电场作用下介质表面出现极化电荷的现象。*介质表面的极化电荷与金属导体中的自由电荷有本质区别极化电荷所产生的电场不足以将介质中的电场完全抵消它受到附近原子的束缚，只能在原子尺度内作微小位移2或“束缚电荷这种电荷称之为“极化电荷”均匀介质电极化的微观解释

第12章 电场中的导体 电介质 大学物理A教案 2.电介质的极化 电介质极化 在外电场作用下介质表面出现极化电荷 的现象。 1）极化电荷所产生的电场不足以将介质中的电场完全抵消。 2）它受到附近原子的束缚，只能在原子尺度内作微小位移。 这种电荷称之为“极化电荷”或“束缚电荷” *介质表面的极化电荷与金属导体中的自由电荷有本质区别 均匀介质电极化的微观解释

广东工业大学第12章电场中的导体电介质大学物理A教素BuangdongUniversityotTechnology位移极化(1）无极分子的电极化无外电场时，各分子正、土土+一负电荷中心重合，分子电矩p。=0土十+加上外电场E。，各分子正负电荷中心发生位移分子电矩p。≠0电介质块在E.作用下，垂直E。的介质表面出现E极化电荷

第12章 电场中的导体 电介质 大学物理A教案 （1）无极分子的电极化 位移极化 p -  + F  F  ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + E0 无外电场时，各分子正、 负电荷中心重合, 分子电 矩 = 0 e p  加上外电场 ，各分子 正负电荷中心发生位移， 分子电矩 E0  pe  0  E0 电介质块在  作用下， 垂直 的介质表面出现 极化电荷。 E0 

广东工业大学第12章电场中的导体电介质大学物理A教素BuangdongUniversityotTechnology取向极化(2)有极分子的电极化无外电场时，由于热运动，分子电矩取向混乱Zp.=0加上E。，p.转向外场方向bEA电介质块在E.作用下，垂直E。的介质表面出现极化电荷

第12章 电场中的导体 电介质 大学物理A教案 （2）有极分子的电极化 取向极化 - + E0 F F + - e p  E0 无外电场时，由于热运动， 分子电矩取向混乱。  pe = 0  加上 E0 ， 转向外场方向  pe  电介质块在 作用下， 垂直 的介质表面出现 极化电荷。 E0  E0 

广李工业大学第12章电场中的导体电介质大学物理A教素uanadongUniversity ofTechnolog两类电介质极化的微观机理不同，但宏观效果一样垂直E。F的端面上出现极化电荷。+O3.电介质中的场强+如图，平行板电容器两极板带上等量异号E电荷土o，两极板间的场强十HE.方向向右0+今在两极板间插入一相对介电常数为8+0的均匀电介质。介质在E。极化后，垂直E的两个表面出现极化电荷土の极化电荷产生的场强E'=E方向向左O电介质中的合场强E= E。+E

第12章 电场中的导体 电介质 大学物理A教案 3. 电介质中的场强 两类电介质极化的微观机理不同，但宏观效果一样 垂直 E0 的端面上出现极化电荷。  + + + + − + 0 − 0 − − − + − + + + + − + 0 − 0 − − − + − E0  0 0 0   E = 如图，平行板电容器两极板带上等量异号 电荷  0 ，两极板间的场强 今在两极板间插入一相对介电常数为 的均匀电介质。介质在 极化后,垂直 的两个表面出现极化电荷 r  E0  E0   r  − + − − + + 0   极化电荷产生的场强 E = E 方向向左  E0 方向向右  电介质中的合场强 E = E + E    0

广李工业大学第12章电场中的导体电介质大学物理A教素uanadongUniversityofTechnology+aO介质中的合场强E=E.+E十E的大小E= E-E'-_α十十6%对各向同性的均匀电介质十EEo十E=+0E。6r88.称为电介质的相对介电常数，真空或空气E1又80%600介质表面极化电荷面密度与金g'=(1--属表面自由电荷面密度的关系8

第12章 电场中的导体 电介质 大学物理A教案 介质表面极化电荷面密度与金 属表面自由电荷面密度的关系 介质中的合场强 E = E + E    0 E 的大小  0 0 0 0 E E E      = − = −  对各向同性的均匀电介质 0 1 r E E  = 0 1  r    E E 0 0 0 0 0 r         又 − =( ) r    1 1  = 0 − + + + + − + 0 − 0 − − − + − r  − + − − + + r E E  0 = 称为电介质的相对介 电常数，真空或空气 r  =1 r  ，其它电介质 1 r  

广李工业大学第12章电场中的导体电介质大学物理A教素uanadongUniversityofTechnolog4.电位移天量介质中的高斯定理fE.dS=-Zqi真空中：1S60T则有介质时，作图示的高斯面，OE.dS =(Zq +ql)o十0q'=α(1-一(α。α)△SCoZqo)AS =AS+O006oC00rCo0rC为高斯面内包或Z=0AS中o8,E.dS =Zqo围的自由电荷

第12章 电场中的导体 电介质 大学物理A教案 4.电位移矢量 介质中的高斯定理 真空中： i S E  S =  q  0 1 d    有介质时, 作图示的高斯面, 则 ( ) S E S q q i i S = −    =  +    ( ) 1 1 d 0 0 0       + + + + + − − − − − − 0 + 0 + + + + − − − − r  S r r r S q S           0 0 0 0 0 0 0 0 ( ) 1  =  = − +  = ( ) r    1 1  = 0 − 0 0 d r S   E S q  =  或  为高斯面内包   q S 0 0 = 围的自由电荷

广东工业大学第12章电场中的导体电介质大学物理A教素uanadongUpiversityofTechnolog右边求和号内已不含极f,coe,E.dS -Zqo化电荷q为电介质的定义：D-808,E-8E=&0r介电常数单位是 C/m2称 D 为电位移矢量,D.ds -Zqi介质中的高斯定理左边的积分称为电位移矢量的通量。即，电位移矢量的通量只与包围的自由电荷有关。E-E--0对平行板电容器8GrS0SrD=εE=00

第12章 电场中的导体 电介质 大学物理A教案 0 0 d r S   E S q  =   右边求和号内已不含极 化电荷 q  定义： D r E E    =   =  0 称 为电位移矢量, 单位是 C/m2 D  左边的积分称为电位移矢量的通量。即，电位移矢量的通量 只与包围的自由电荷有关。 对平行板电容器       0 0 0 0 = = = r r E E  0  D =  E = i s D S = q    d 介质中的高斯定理 0 r    = 为电介质的 介电常数