1、3-3 電介質(zhì)的極化,電介質(zhì)（dielectric） ：電阻率很大,導(dǎo)電性能很差的物質(zhì),可看作理想的絕緣體，無自由電荷。,電介質(zhì)極化特點(diǎn)：內(nèi)部場強(qiáng)一般不為零。,1. 有極分子和無極分子電介質(zhì),有極分子（Polar molecule） ：每個(gè)分子的正負(fù)電荷“重心”在沒有外場時(shí)不重合。,負(fù)電荷中心,正電荷中心,無極分子（Nonpolar molecule） ：每個(gè)分子的正負(fù)電荷“重心”在沒有外場時(shí)彼此重合。,2.電介質(zhì)的極化（Polarization）,（1）無極分子的位移極化(Displacement polarization),加上外電場后，在電場作用下介質(zhì)分子正負(fù)電荷中心不再重合，發(fā)生了相對(duì)

2、位移,出現(xiàn)分子電矩。,極化:在外電場作用下,在電介質(zhì)內(nèi)部或表面出現(xiàn)宏觀電荷的現(xiàn)象。極化電荷:由于極化而產(chǎn)生的宏觀電荷,無外電場時(shí)，有極分子的電偶極矩取向不同，整個(gè)介質(zhì)不帶電。,（2）有極分子的取向極化(Orientation polarization),在外電場中有極分子的固有電矩要受到一個(gè)力矩的作用，電矩方向趨向于和外電場方向一致。,極化電荷產(chǎn)生的附加場,退極化場,影響,極化的后果,退極化場E,由于附加場E的出現(xiàn),空間各點(diǎn)的場強(qiáng)重新分布,在電介質(zhì)外部：有些區(qū)域附加場與外電場方向相同，該區(qū)域電場加強(qiáng)；有些區(qū)域附加場與外電場方向相反，該區(qū)域電場被削弱。,一般情況下:,退極化場E,在電介質(zhì)內(nèi)部：附

3、加場與外電場方向相反，削弱電介質(zhì)內(nèi)部的電場。,3. 電極化強(qiáng)度（Electric Polarization）,（1） 電極化強(qiáng)度矢量,單位體積內(nèi)分子電矩的矢量和:,（2） 空間任一點(diǎn)總電場,總電場,自由電荷電場,束縛電荷電場,（3）電極化強(qiáng)度與總電場的關(guān)系,極化率,（4）極化率與相對(duì)介電常數(shù)的關(guān)系,極化有何規(guī)律？,三者從不同角度定量地描述同一物理現(xiàn)象極化,三者之間必有聯(lián)系，這些關(guān)系電介質(zhì)極化遵循 的規(guī)律,3.4 極化電荷（ polarization charge),電場的作用是電介質(zhì)極化的原因，極化則反過來對(duì)電場造成影響，這種影響之所以發(fā)生是由于電介質(zhì)在極化后出現(xiàn)一種附加的電荷（叫做極化電荷，

4、有時(shí)稱為束縛電荷）激發(fā)的附加電場。,電介質(zhì)的極化程度不僅體現(xiàn)在P上，還體現(xiàn)在極 化電荷多少上，因此，極化強(qiáng)度矢量P和極化電荷之 間必定有內(nèi)在聯(lián)系。,3.4-1 極化電荷,如果說一塊電介質(zhì)在宏觀上帶電，這又指的是什么現(xiàn)象呢？,如果說一個(gè)導(dǎo)體帶電，是指導(dǎo)體失去或得到一些自由電子,因而整個(gè)導(dǎo)體所有帶電粒子的電量的代數(shù)和不為0。有時(shí)一個(gè)導(dǎo)體電量的代數(shù)和為0（中性導(dǎo)體），在外場中出現(xiàn)等值異號(hào)電荷，我們也可以說它局部帶電。,在這之前，我們知道電介質(zhì)之間的互相摩擦，實(shí)現(xiàn)了電子轉(zhuǎn)移，分開后帶電，其次電介質(zhì)與帶電導(dǎo)體接觸帶電。但是，若一塊電介質(zhì)電量代數(shù)和為0也可實(shí)現(xiàn)宏觀帶電。,分別表示自由電荷及其密度。,只要介

5、質(zhì)在外電場作用下發(fā)生極化，那么在介質(zhì)內(nèi)部取一物理無限小體積V，其中所包含的帶電粒子的電量代數(shù)和就可能不為0，這種由于極化而出現(xiàn)的宏觀電荷叫做極化電荷；把不是由極化引起的宏觀電荷叫做自由電荷。,分別表示極化電荷及其密度,以,無論是極化電荷還是自由電荷，都按第一章所講的規(guī)律激發(fā)靜電場。,而以,為了便于說明問題，我們以位移極化為模型，設(shè)想介質(zhì)極化時(shí)，每個(gè)分子的正電中心相對(duì)負(fù)電中心有個(gè)位移 。用 代表分子中正、負(fù)電荷的數(shù)量，則分子電矩:,設(shè)單位體積有 個(gè)分子，按定義，極化強(qiáng)度矢量,3.4-2 極化電荷體密度與極化強(qiáng)度的關(guān)系,如圖所示:在極化了的電介質(zhì)內(nèi)取一個(gè)面元矢量ds=nds，計(jì)算因極化而穿過面元的

6、極化電荷：穿過ds的電荷所占據(jù)的體積是以ds為底、長度為l的一個(gè)斜柱體。,這也就是由于極化 而穿過ds的束縛電荷！,此柱體的體積為 因?yàn)閱挝惑w積 內(nèi)正極化電荷數(shù)量為nq，故在此體積內(nèi)極化電荷總 量為：,現(xiàn)在我們?nèi)∫蝗我忾]合面s，則P通過整個(gè)閉合面s的通量應(yīng)等于因極化而穿過此面的束縛電荷總量。根據(jù)電荷守恒定律，這等于s面內(nèi)凈余的極化電荷的負(fù)值，即,這公式表達(dá)了極化強(qiáng)度P與極化電荷分布的一個(gè)普遍關(guān)系。,令V縮為物理無限小,并以V除上式兩邊,得極化電荷體密度,當(dāng) 不是恒量時(shí)，,當(dāng) = 恒矢量，均勻極化。,3.4-3 極化電荷面密度與極化強(qiáng)度的關(guān)系,在電介質(zhì)的表面上，為銳角的地方將出現(xiàn)一層正極化電荷，

7、為鈍角的地方則出現(xiàn)一層負(fù)極化 電荷，,從而極化電荷面密度為:,表面電荷層的厚度是 ，故面元ds上的極化電 荷為:,這里 是P 沿介質(zhì)表面外法線n方向的投影。此式表明為銳角的方， ; 為鈍角的地方 ;,這與前面的分析結(jié)論一致。上式是介質(zhì)表面極化電荷面密度分布與極化強(qiáng)度矢量間的一個(gè)重要公式。,例 3.4-1 求均勻極化的電介質(zhì)球表面上極化電荷的分布，已知極化強(qiáng)度為P,解 取球心0為原點(diǎn)，極軸與 P 平行的球坐標(biāo)系。由于軸對(duì)稱性，表面上任一點(diǎn)A的極化電荷面密度/只與有關(guān)。因 與 P 的夾角為,故,討論：兩種媒質(zhì)分界面上極化電荷的面密度,上式表明， 在右半球 ， 左半球 在兩半球的分界線上（赤道線）=/2 ， 在兩極（極軸上的兩點(diǎn)）=0 和 ，極化電荷面密度最大。,（1）媒質(zhì)2是電介質(zhì)而媒質(zhì)1是真空,（2）媒質(zhì)2是電介質(zhì)而媒質(zhì)1是金屬,（3