3电介质极化

静电场中的电介质电介质---绝缘体，体内只有极少自由电子，介质引入电场后，将产生：介质极化。电压降低了！++++++++++沈辉奇制作------沈辉奇制作++++++++++体导-沈辉奇制作------++++++------介质极化现象++++++++++沈辉奇制作------沈辉奇制作++++++++++沈辉奇制作质介-沈辉奇制作------+++’+-’---++++++++++沈辉奇制作------++++++++++沈辉奇制作------电压降低的原因是介质表面出现了偶电层。它产生的电场减弱了原来的电场，但这种电荷不同于自由电荷。电压降低了！沈辉奇制作++++++++++体导-沈辉奇制作------++++++------沈辉奇制作++++++++++沈辉奇制作质介-沈辉奇制作------1）它所产生的电场不足以将介质中的场完全抵消。2）受到附近原子的束缚，只能在原子尺度内作微小位移。这种电荷称为“极化电荷”或“束缚电荷”+++’+-’---++++--+++---+++-电介质极化---介质在电场中出现极化电荷的现象如何描述这种极化现象？对电场又有何影响？为什么会产生极化现象？静电场中的电介质一电介质对电场的影响相对电容率1rε相对电容率电容率r0εεε+++++++-------σσrε+++++++-------σσ00εσEr0εEE二、极化现象的微观解释1、电的作用中心、有极分子、无极分子T=10-15s同样所有正电荷的作用也可等效一个静止的正电荷的作用，这个等效正电荷作用的位置称为“正电作用中心”真是“瞬息亿变”只能观测到它们位置、电场场量等平均值。-而且每个分子负电荷对外影响均可等效为单独一个静止的负电荷的作用。其大小为分子中所有负电之和，这个等效负电荷的作用位置称为分子的“负电作用中心”。++-+He-++OH+H++H2O从以上可以看出，介质分子可分为两类：1）：无极分子---正负电荷作用中心重合的分子。如H2、N2、O2、CO2-+-HeH+++-++H+H+CH+CH4（甲烷）++--++OH+H++H2O2）：有极分子---正负电荷作用中心不重合的分子。如H2O、CO、SO2、NH3…..+-H+++-+H+H+NNH3（氨）+-有极分子对外影响等效为一个电偶极子，电矩lqPeq为分子中所有正电荷的代数和；l为从正电荷作用中心指向负电作用中心的有向线段事实上所有分子均可等效为电偶极子的模型只不过在无电场时，无极分子的电偶极矩为零罢了。2、无极分子的位移极化+-+He+-E+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-均匀介质EE+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-非均匀介质+-+-+-+-+--qqlqPe结论：a）位移极化是分子的等效正负电荷作用中心在电场作用下发生位移的现象。EEc）外场越强，分子电矩的矢量和越大，极化也越厉害（由实验结果推算，位移极化时正负电荷中心位移仅有原子线度的十万分之一。故位移极化总的看是很弱的）。a）位移极化是分子的等效正负电荷作用中心在电场作用下发生位移的现象。结论：b）均匀介质极化时在介质表面出现极化电荷，而非均匀介质极化时，介质的表面及内部均可出现极化电荷。沈辉奇制作3、有极分子的转向（取向）极化无外场有外场出现极化电荷ElqPelqPeEEE非均匀介质结论：a）转向极化主要是由于分子电矩在外场作用下转向趋近于与外场一致所致。（此时虽有位移极化，但产生的电矩远远小于由转向极化所产生的电矩，只有转向极化的万分之一）。b）外场越大，电矩趋于外场方向一致性越好，电矩的矢量和也越大。综述：1）不管是位移极化还是取向极化，其最后的宏观效果都是产生了极化电荷。2）两种极化都是外场越强，极化越厉害，所产生的分子电矩的矢量和也越大。金属导体和电介质比较有大量的自由电子基本无自由电子，正负电荷只能在分子范围内相对运动金属导体特征电介质（绝缘体）模型与电场的相互作用宏观效果“电子气”电偶极子静电感应有极分子电介质:无极分子电介质:转向极化位移极化静电平衡导体内导体表面感应电荷0,0EE0表面E内部：分子偶极矩矢量和不为零表面：出现束缚电荷（极化电荷）0iip定义：介质中某一点的电极化强度矢量等于这一点处单位体积的分子电矩的矢量和。三、电极化强度P（Polarization）含义：描述介质在电场中各点的极化状态（极化程度和方向）VPPe单位：23米库仑米库仑米VPPe注意:介质极化也有均匀极化与非均匀极化之分。宏观无限小微观无限大VP-----++++ePVP+++++++++++r-----------三电极化强度epPV''epσSlPσVSllS：极化电荷面密度'σp：分子电偶极矩：电极化强度ePP-----'+++++'单位体积内分子偶极矩矢量和——电极化强度。静电场中的电介质四极化电荷与自由电荷的关系r00'εEEEE0rr1'EεεE0rr1'σεεσ0rr1'QεεQ+++++++++++r----------------+++++d0E'EEEεεP0r)1（EεP0'//r0000σPεEEεσE+++++++++++r----------------+++++d0E'EE1rε电极化率0rr1'σεεσ电介质的极化规律E'0EEE'nPˆ'P'E极化规律---大量实验证明：对于大多数各向同性的电介质而言，极化强度与电场有如下关系：EPe0PEee---电极化率（由介质本身性质决定的常数，是反映介质本身性质的物理量。EP注意：此规律只适应各向同性介质。ee1E1P2P101EPe202EPe若：21EE21PP则：各向同性的介质是指介质沿各个方向的物理性质相同。前面提到的均匀介质是指电极化率处处相同的介质。2E例：一无限大平行板间充满各向同性的均匀介质。充电以后，金属板上电荷面密度为±0，求介质表面的极化电荷面密度’，电极化强度和介质中的电场。PE已知：e)1(000E)3(0EPe)4('0EEE000ˆ''PnPE…(2)+++++++---+++-------PPnˆ0-0’-’0EE'E',,PE求：解：0（各向同性）EEEEEEEee00000'0000)1(1EEEee+++++++---+++-------P0-0’-’0EE'E解：)1(000E)3(0EPe)4('0EEE000ˆ''PnPE…(3)Pnˆ解：)1(000E)3(0EPe)4('0EEE000ˆ''PnPE…(3)0000)1(1EEEee001'eeeEP常令：er1称为相对介电系数01'rrP+++++++---+++-------P0-0’-’0EE'EPnˆrEE0