电介质及其极化(完整)

§9-4电介质及其极化1.有极分子和无极分子电介质2.电介质的极化3.电极化强度一、有极分子和无机分子电介质电介质是电阻率很大、导电能力很差的物质。在静电问题中，常把电介质看作理想的绝缘体。有极分子：分子的正电荷中心与负电荷中心不重合。ClHpHHPoNHHHP+有极分子的等效电偶极矩：整个电介质可以看成是无数的点偶极子的聚集体。虽然每个分子的等效点偶极矩不为零，但不管从电介质整体来看，还是从电解质的某一小体积来看，电解质是呈中性的。erqp无极分子：分子的正电荷中心与负电荷中心重合。无极分子的等效电偶极矩：无极分子电介质整体也是呈中性的。0p二、电介质的极化1、无极分子的位移极化加上外电场后，在电场力作用下电介质分子的正负电荷中心不再重合，形成一个电偶极子，它们的等效电偶极矩P的方向都沿着电场的方向。E无电场时有电场时++++++电介质的两个和外电场强度相垂直的表面层里，将分别出现正电荷和负电荷。这些电荷不能离开介质，也不能在电介质中自有移动，我们称之为极化电荷。这种在外电场作用下，在电介质中出现极化电荷的现象叫做电介质的极化。由于无极分子的极化在于正、负电荷中心的相对位移，所以常叫做位移极化。0E2、有极分子的取向极化在外电场中有极分子的固有电矩要受到一个力矩作用，电矩方向转向和外电场方向趋于一致。+++++E无电场时有电场时++++无外电场时，有极分子电偶极矩取向不同，整个介质不带电。有机分子的极化就是等效电偶极子转向外电场的方向，所以叫做取向极化。一般来说，分子在取向极化的同时还会产生位移极化，但是，对于有极分子电介质来说，在静电场作用下，取向极化的效应比位移极化的效应强得多，所以有极分子的极化机理是取向极化。三、电极化强度上面从分子的结构出发，说明了两类不同的电介质的极化过程，这两类电介质极化的微观过程虽然不同，但宏观的效果却是相同的，都是在电介质的两个相对表面上出现了异号的极化电荷，在电介质内部有沿电场方向的电偶极矩。1、电极化强度矢量VPP单位体积内分子电偶极矩的矢量和电极化强度的单位是2/mC2、电极化强度与总场强的关系EPe0式中的比例因数和电介质的性质有关，叫做介质的电极化率。e3、束缚电荷与电极化强度的关系：电偶极矩LdSqL'电偶极矩的矢量和因斜柱体的体积为，按定义，电极化强度P的大小为LdSp'cosdSLdVcos'dVPppnppncos'EP,nlSd上式表明，电介质极化时产生的极化电荷的面密度，等于电极化强度沿外法线方向的分量。例9-4半径R的介质球被均匀极化，极化强度为P。求：1)介质球表面的分布；2)极化电荷在球心处的场。PnSdxPdxcosPnP由此可知，右半球面上0左半球面上0最大。处，及；处，0022)在球面上取环带ddcossin2dsin2d22RPRq解：1)球面上任一点dcossin2cos4dd2020PRqE00203dcossin2dPPEEE沿x轴负方向。在球心处的场§9-5电介质中的静电场空间任一点的合场强E应该是'0EEE外电场总电场极化电荷所激发电场一、平行板电容器均匀电介质极板间电介质中的合场强E的大小为'0EEE0'00+++++----E'E0E0'0'电介质中的电极化强度为而代入上式得Epe0p'EEPEEe000eEE100E上式表明，在均匀电介质充满整个电场的情况下，电介质内部的场强E为场强的倍。e11两极板间的电势差)1(00edEdUSq0设极板的面积为S,则极板上总的电荷量为极板间充满均匀电介质后的电容为dSUqCe)1(00)1(Ce即电容为两极板间是真空时电容的倍。0C)1(esq0由式得和有如下关系0/CCrreer1电介质内部场强减弱为外场的这一结论并不普遍成立，但是电介质内部的场强减弱却是比较普遍的。r/100)1(er二、均匀电介质球处于均匀外电场0E放入电介质球前的均匀电场放入介质球后球内外空间合场强的分布+++++E+++E介质球内的场强已经在例题中求出为003PEEEPe0023EEr03PEE0E与方向相反+++++++靠近球的外部空间，上下区域，合场强减弱；左右区域，合场强增强。+++++++++++----Lθ+++++++++++----θ+++++++----