2.4-2.6 电偶极子、静电场导体、静电场介质(0.5学时)

电磁场与电磁波1第2 章静电场主要内容电场强度静电场基本方程:旋度方程散度方程电位、电偶极子、电介质*边界条件导体系的电容电场能和电场力*※※※电磁场与电磁波2§2.4电偶极子(ElectricDipole)由间距“很小”的2个等量正负“点”电荷组成间距：l“点”电荷：q1=q、q2=－q－+EEE)1(40rqE)1(40RqE)1(40rqE电磁场与电磁波3)cos11(1lrr余弦定理泰勒级数(lr)l场点Rrxyz-+2/1222cos211cos21cos21rlrlrrlrlr)1(40RqEcos211122lrlrRR电磁场与电磁波4球坐标系下??40qEEE)1(40rqE)cos1(420rlrqE20cos4rlq30cos)(41rrqlE30)(41rrlq－q+q定义电偶极子的电矩lqp大小？方向？Cm单位？ElectricDipoleMoment电磁场与电磁波530141rrpE?)(vu矢量)()()(uvvuvuprrrrprpE3501341),(31rEl场点rxyz电磁场与电磁波6电力线方程：电力线与场强平行球坐标系下0),(rpEld)sin()(dradradraldr微分长度:电偶极子的电力线0???),(rpEldaaEaErpErr0),(电力线方程：2sinCr图形？(1)(2)),(rpElkd？，则BA//电磁场与电磁波7+q-qzE等势线电力线电磁场与电磁波8用Matlab计算画出的电偶极子电位分布电磁场与电磁波9电场中电偶极子的受力)()()()(22llprEqrEqrf静电场中：)()(rEprfp场点lrxyzq电磁场与电磁波10电场中电偶极子的受力力矩)()(2)(2)(22llprEqlrEqlrT)()(222llrErElq)(rEp•间距：l•“点”电荷：q1=q、q2=‐q电磁场与电磁波11§2.5静电场中的导体（略讲）从电磁场学科的角度看，什么是导体？带有大量自由电荷的物质.静电场中, 平衡状态下, 导体内部电场处处为0.一些结论（适用于静电场）：导体所带的含净电荷一定分布于表面；是均匀分布？面电荷密度是常数？？导体是等势体，导体表面是等势面；等势面与电力线相垂直，所以……请大家自学——书上, 例2.7电磁场与电磁波12§2.6静电场中的介质（略讲）“电场”对外界的作用：对“导体”——“法拉第圆筒”对“电介质”——“极化”Polarization of DielectricWhat  is  Polarization?介质中“束缚电荷”——电子、离子或分子受电场影响感应出：电偶极子——极化epnewEEE偶极子电场原新电场0++++++++++++++原E电磁场与电磁波13极化的动画演示电磁场与电磁波14微波炉的工作原理——介质极化1946年，美国人斯潘瑟(Dr. Percy Spencer).食物中含有水分，水分子为极性分子，一端为正，一端为负，其实就是电偶极子。微波炉采用约24.5亿Hz的超短波来工作，该波的电场方向在1秒钟内变换正负极24.5亿次，每换一次，由于极化效应水分子方向随之反转一次；剧烈的运动产生了大量的热能，也就是摩擦生热，热被食物分子吸收，食物就会变热、变熟。电磁场与电磁波15两种电荷概念“自由电荷”——free charge能够自由运动能形成传导电流或运流电流的电荷！“束缚电荷”——polarization charge极化时，介质内出现的(正或负)电荷不能随心所欲地自由运动。电磁场与电磁波16“极化强度”的定义外电场作用下介质中某点处合成电距体密度。单位：C/m2pP0lim极化介质体内的束缚电荷密度：极化介质体表的束缚电荷密度：npcaPPpc选学电磁场与电磁波17介质中的电位移Displacement对于各向同性的均匀介质：EEDr0：极化率、极化系数eEPEDe)1(00)1(er单位：无电容率（Permittivity）介电常数（DielectricConstant）定义相对介电常数：电位移：又称电通量密度，涵盖了外加电场与极化形成的偶极子电场。电磁场与电磁波18介质中的高斯定理介质＋电场束缚电荷束缚电荷电场束缚电荷电场＋原有电场新电场0fcpcSQQEdSfc: Free Chargepc: Polarization Charge0fcpcSQEdSQ0pcSVEdSdV0SVEdSPdVpcP0SSEdSPdS0DEPonpolarizatioriginalEEEonpolarizatiEfcSQSdD电磁场与电磁波19电位移极化强度电场强度DisplacementPolarization…ElectricF……EEPEDe)1(00介质中的高斯定理0pcfcSqqSdE0pcfcEfcSqSdDfcD电磁场与电磁波20知识扩展－1：“电介质强度”电场使电介质材料中的束缚电荷产生小位移——极化电场足够强,就会将电子完全“拉离”分子——出现自由电荷“强”电场下,介质中产生电流,材料变成导体——电击穿电介质强度：电介质材料所能承受(不被击穿)的最大电场强度单位：v/m，就是场强的单位！选学电磁场与电磁波21几种电介质的电介质强度标准大气压下,空气：3000KV/m矿物油：15000Kv/m橡皮：25000Kv/m玻璃：30000Kv/m云母：200000Kv/m电磁场与电磁波22知识扩展－2：“尖端放电”作业题：已知两个导体球，半径分别为b1和b2，分别带有电荷Q1和Q2，现用一根导线把他们连接起来，假设两球距离远大于球半径(即：球上电荷分布不受另外一球的影响)问:  (1)两球上电荷量之比，表面场强之比(2)能得到什么结论？2Q1Q分析：怎么入手？