1、1,*8.3 靜電場中的電介質（選學）,一、電介質的極化 polarization,我們只討論： 靜電場與各向同性電介質的相互作用。,電介質中的電子受其原子核的束縛很強，即使在外電場作用下也只能沿電場方向相對于原子核作一微小位移，所以在電介質內部沒有可以移動的電荷。,電介質是指不導電的物質，即絕緣介質。,2,將電介質放入靜電場中，在介質表面會出現正、負電荷，這種現象叫做電介質的極化，在其表面上出現的電荷叫做“極化電荷”。,在電介質上出現的極化電荷是正負電荷在分子范圍內微觀移動的結果，所以極化電荷也叫“束縛電荷”。,1.極化現象,電介質內部的總場強：,極化電荷所產生的附加電場不足以將介質中的外電

2、場完全抵消，它只能削弱外電場。,介質內部的總場強不為零！,3,2、電介質的分類,無外場作用條件下，根據分子中正、負電荷中心位置的不同，可將電介質分成兩類：,(polar molecules),(non - polar molecules ),4, 無極分子電介質：, 有極分子電介質：,分子的正、負電荷中心重合,分子的正、負電荷中心不重合,如：氫 H2、氦 He、氮 N2、甲烷 CH4等。,如：氯化氫 HCl、氨NH3、水蒸汽H2O等。,在無外場作用下整個分子無電矩。,有極分子等效為一個電偶極子，在無外場作用下存在固有電偶極矩。,2、電介質的分類,5,無極分子的位移極化,有極分子的取向極化,3、

3、極化機理,(orientation polarization),（displacement）,6,有極分子的取向極化,無極分子的位移極化,7,無論位移極化或取向極化，其宏觀效果是相同的，都導致電介質的兩端面上出現了異號的極化電荷。,而且外電場越強，出現的極化電荷越多。,因此，從宏觀上描述電介質的極化現象時，就不把這兩類電介質分開討論。,8,二、電極化強度 電介質的極化規(guī)律,電極化強度矢量等于單位體積中分子電偶極矩的矢量和，即：,在沒有外電場時，電介質未被極化，內部宏觀小體積元中各分子的電偶極矩的矢量和為零；,當有外電場時，電介質被極化，此小體積元中的電偶極矩的矢量和將不為零。,外電場越強，分子

4、的電偶極矩的矢量和越大。,定義：,1、 電極化強度 是描述介質在電場中各點的 極化狀態(tài)（極化程度和方向）的物理量。,9,2 電極化強度,表面極化電荷面密度,10,3 電介質中的電場強度 極化電荷與自由電荷的關系,11,電介質對電容的影響 相對電容率,12,（均勻各相同性介質）,+ + + + + +,- - - - - -,+ + + + + + + + + + +,- - - - - - - - - - -,8.4 電位移矢量 有電介質時的高斯定理,一、有電介質時的高斯定理,13,在靜電場中，通過任意一個閉合曲面的電位移矢量通量等于該面所包圍的自由電荷的代數和，這就是有介質時的高斯定理。,1

5、4,關于電位移矢量的說明： 1）電位移矢量是輔助量，電場強度才是基本量；2）描述電場性質的物理量是電場強度和電勢；3）在電介質中，環(huán)路定理仍然成立，靜電場是保 守場。,二、電位移矢量和電場強度的關系,該式是普遍適用的。,15,極化電荷面密度,電容率,（均勻介質）,有介質時先求,16,例題 一平行平板電容器充滿兩層厚度各為 和 的電介質，它們的相對電容率分別為 和 , 極板面積為 . 求：電容器的電容。,解：,17,18,例題 常用的圓柱形電容器，是由半徑為 的長直圓柱導體和同軸的半徑為 的薄導體圓筒組成，并在直導體與導體圓筒之間充以相對電容率為 的電介質.設直導體和圓筒單位長度上的電荷分別為 和 .求（1）電介質中的電場強度、電位移；（2）此圓柱形電容器的電容,19,解（1）,20,（2）由（）可知,單位長度電容,21,例題 將電荷 q 放置于半徑為 R 相對電容率為 r 的介質球中心，求：I 區(qū)、II