§5电介质的极化 电介质 1.电介质一是由大量电中性的分子组成的绝缘体。 紧束缚的正负电荷在外场中要发生变化。 2.电介质的分类: ①无极分子 在无外场作用下整个分子无电矩。 例如,CO2B2M02石蜡 ②有极分子 在无外场作用下存在固有电矩 例如COS02有机玻璃 电子云的 正电中 因无序排列对外不呈现电性
①无极分子 在无外场作用下整个分子无电矩。 例如，CO2 H2 N2 O2 石蜡 ②有极分子 在无外场作用下存在固有电矩 例如 CO SO2 有机玻璃 因无序排列对外不呈现电性。 2. 电介质的分类： 1. 电介质－是由大量电中性的分子组成的绝缘体。 紧束缚的正负电荷在外场中要发生变化。 一、电介质： §5 电介质的极化 电子云的 正电中心
3.电介质的极化 ①位移极化 主要是电子发生位移 位移极化 今 ②取向极化 由于热运动这种取向只能是部分的,遵守统计规律。 )取向极化 E
E0 位移极化 取向极化 E0 ①位移极化 主要是电子发生位移 3. 电介质的极化 ②取向极化 由于热运动这种取向只能是部分的，遵守统计规律
在外电场中的电介质分子 无外场下,所具有的电偶极矩称为固有电偶极矩 在外电场中产生感应电偶极矩(约是前者的10-5)。 无极分子只有位移极化,感生电矩的方向沿外场方向。 有极分子有上述两种极化机制。在高频下只有位移极化
l 在外电场中的电介质分子 无极分子只有位移极化，感生电矩的方向沿外场方向。 无外场下，所具有的电偶极矩称为固有电偶极矩。 在外电场中产生感应电偶极矩（约是前者的10-5)。 有极分子有上述两种极化机制。在高频下只有位移极化。 E0 E0
4.极化电荷 在外电场中,均匀介质内部各处仍呈电中性,但在 介质表面要出现电荷,这种电荷不能离开电介质到 其它带电体,也不能在电介质内部自由移动。我们 称它为束缚电荷或极化电荷。 在外电场中,出现束缚电荷的现象叫做电介质的极化。 十++十 E
4.极化电荷 E0 E0 在外电场中，均匀介质内部各处仍呈电中性，但在 介质表面要出现电荷，这种电荷不能离开电介质到 其它带电体，也不能在电介质内部自由移动。我们 称它为束缚电荷或极化电荷。 在外电场中，出现束缚电荷的现象叫做电介质的极化
电极化强度 在宏观上测量到的是大量分子电偶极矩的统计平均值, 为了描述电介质在外场中的行为引入一个物理量: 电极化强度矢量 ∑园 A△ 其中Pai是第i个分子的电偶极矩 单位是[库仑/米2]、[C/m2] 以下将电极化强度矢量简称为极化强度
二、电极化强度 在宏观上测量到的是大量分子电偶极矩的统计平均值， 为了描述电介质在外场中的行为引入一个物理量： V p P i ei V = lim 其中 pei 是第i个分子的电偶极矩 单位是[库仑/米2]、[C/m2]. 1、电极化强度矢量 以下将电极化强度矢量简称为极化强度
2、极化(束缚)电荷与极化强度的关系: 可证明对于均匀的电介质,极化电荷集中在它的表面。 电介质产生的一切宏观效果都是通过未抵消的束缚电荷 来体现。下面讲束缚电荷分布与极化强度的关系 在介质中引入极化强度力线 来描述它在外场中的极化 P 沿着此曲线取一长度为d1在其 OC人 内部极化可视为是均匀的。垂 直于此曲线的横截面dS组成 ods 个小圆柱体,因而该体元具有 电偶极矩P··dS,根据定义它可视为两端 具有士o'aS电荷的偶极矩 P·c.d=o'aSal
2、极化（束缚）电荷与极化强度的关系： 可证明对于均匀的电介质，极化电荷集中在它的表面。 电介质产生的一切宏观效果都是通过未抵消的束缚电荷 来体现。下面讲束缚电荷分布与极化强度的关系 在介质中引入极化强度力线 来描述它在外场中的极化。 沿着此曲线取一长度为dl在其 内部极化可视为是均匀的。垂 直于此曲线的横截面 dS 组成 一个小圆柱体，因而该体元具有 电偶极矩 ，根据定义它可视为两端 具有 电荷的偶极矩 p dl dS 'dS PdS.dl ='dSdl dl −'dS'dSP
如果在电介质内任选一面P,dSal=o'll dS的法线n与成O角 则 ds P ∑n=Sl ∑p=[dl· ds cos(n,P)P P=o P 表明:任选一面dS上 束缚电荷面密度σ等 于极化强度矢量在该 ds 面法线方向上的分量 P
如果在电介质内任选一面 的法线 与 成 角 则： P dS n ˆ ' 表明：任选一面 上 束缚电荷面密度 等 于极化强度矢量在该 面法线方向上的分量 dS p dl dS n P P i ei = [ cos( ˆ )] = i ei p dSdl ' =' Pn PdS.dl ='dSdl dS P dl n P dS dl dl ' P n dS
P 在均匀电介质内部,束缚电荷彼此 抵消,束缚电荷仅出现在介质表面。 通常定义n为介质外法线方向。 P>0a>0,P.<0a<0 FS=0dS:4P·dS=0 桑在非均匀电介质中,有束缚 电荷的积累。根据电荷守恒得: O P·dS=odS P·dS=9aS= ∑ 极化强度力线 Inside
P dS dS ' = ' Pn = 在非均匀电介质中，有束缚 电荷的积累。根据电荷守恒得： = 0 S P dS Pn 0 ' 0， 在均匀电介质内部，束缚电荷彼此 抵消，束缚电荷仅出现在介质表面。 ' Pn = = = − S S Sinside P dS dS q ' ' 通常定义 n ˆ 为介质外法线方向。 0 ' 0 Pn dl dS ' P n 极化强度力线 P dS dS ' =
Pd5=2 S 在任一曲面内极化电荷的负值等于极化强度的通量 三、退极化场 +O Q 在外电场E中,介质极化产生的束缚 电荷,在其周围无论介质内部还是外 部都产生附加电场E称为退极化场。 任一点的总场强为: E=Eo+ 退极化场
= − S S P dS q ' 在任一曲面内极化电荷的负值等于极化强度的通量。 三、退极化场 在外电场 中，介质极化产生的束缚 电荷，在其周围无论介质内部还是外 部都产生附加电场 称为退极化场。 任一点的总场强为： E' E0 ' E E0 E = + +Q –Q −' ' 退极化场
E=E0+E是电介质中的总电场强度 E是自由电荷产生的电场。n E极化电荷产生的退极化场 E+ E P 四、电介质的极化规律 实验表明:P=x60E xe称为电极化率或极化率 在各向同性线性电介质中它是一个纯数。 P→0→E→E
四、电介质的极化规律 实验表明: P e E 0 = e 称为电极化率或极化率 在各向同性线性电介质中它是一个纯数。 P E E ' ' E0 是自由电荷产生的电场。 ' E 极化电荷产生的退极化场 ' E E0 E = + 是电介质中的总电场强度。 E0 P n ˆ n ˆ =' Pn E'