2021-2022学年高二物理竞赛课件：静电场中的电介质（14张PPT）.pptx

静电场中的电介质静电场中的电介质静电场中的电介质静电场中的电介质一、极化一、极化 Dielectric 机理机理 1 1、电荷、电荷“重心重心”分子中全部同号电分子中全部同号电荷等效位置（等效指作用等效）荷等效位置（等效指作用等效）2 2、电介质分子分类、电介质分子分类（无外电场）（无外电场）(1)(1)无极分子无极分子：电介质分子的正负电荷：电介质分子的正负电荷“重重 心心”是重合的是重合的CH+H+H+H+甲烷分子甲烷分子正负电荷正负电荷“重心重心”重合重合(2)(2)有极分子有极分子：电介质分子的正负电荷：电介质分子的正负电荷“重重 心心”是不重合的是不重合的等量的正负电荷等量的正负电荷“重心重心”互相错开，形成一互相错开，形成一定的电偶矩，即定的电偶矩，即分子固有电矩分子固有电矩。+正电荷正电荷“重心重心”负电荷负电荷“重心重心”PeHO+H+水分子水分子(1)无极分子的位移极化无极分子的位移极化 无外电场时，分子正负电荷无外电场时，分子正负电荷“重心重心”重重合，电介质不带电。合，电介质不带电。加上外电场后，在电场作用下电介质分加上外电场后，在电场作用下电介质分子正负电荷子正负电荷“重心重心”不再重合，出现诱导电不再重合，出现诱导电偶极矩偶极矩pe+fflE外外pee+3、电介质的极化、电介质的极化E外外+加上外电场后，由于诱导电偶极矩的出现，加上外电场后，由于诱导电偶极矩的出现，在介质左右的两个端面上出现极化电荷层。在介质左右的两个端面上出现极化电荷层。+(2)有极分子的转向极化有极分子的转向极化 无外电场时无外电场时，由于分子的无规则热运由于分子的无规则热运动，所有分子的固有电矩的矢量和平均说动，所有分子的固有电矩的矢量和平均说来互相抵消，即来互相抵消，即p p分子分子=0=0，宏观上不产生，宏观上不产生电场。电场。ffEMp=e+peE(2)有极分子的转向极化有极分子的转向极化 在外电场中有极分子的固有电矩要受到在外电场中有极分子的固有电矩要受到一个力矩作用；一个力矩作用；在此力矩作用下，使电矩方向转向和在此力矩作用下，使电矩方向转向和外电场方向一致。外电场方向一致。无外电场时，无外电场时，由于分子的无规则热运由于分子的无规则热运动，所有分子的固有电矩的矢量和平均说动，所有分子的固有电矩的矢量和平均说来互相抵消，即来互相抵消，即p p分子分子=0=0，宏观上不产生，宏观上不产生电场。电场。+加上外电场后，加上外电场后，分子的固有分子的固有电矩受力矩电矩受力矩作用而发生转向，作用而发生转向，+E外外E外外+加上外电场后，加上外电场后，分子的固有分子的固有电矩受力矩电矩受力矩作用而发生转向，作用而发生转向，E外外+加上外电场后，加上外电场后，分子的固有分子的固有电矩受力电矩受力矩作用而发生转向，在电介质左右两端面矩作用而发生转向，在电介质左右两端面上出现极化电荷。上出现极化电荷。二、极化强度二、极化强度 Polarization 1、电极化强度矢量定义、电极化强度矢量定义：单位体积内电矩矢量和，即：单位体积内电矩矢量和，即：P=p分子分子/V单位是库仑单位是库仑/米米（C/m）。）。在电介质内取一任意闭合面在电介质内取一任意闭合面 S，可证明，可证明通过整个闭合面通过整个闭合面 S 的的 P 的通量等于的通量等于 S 面内面内净余的束缚电荷净余的束缚电荷q 负值，即负值，即PdS=-S内内 q 在电介质中，任在电介质中，任一点的总场强一点的总场强 E是外是外电场电场 Eo 和束缚电荷和束缚电荷产生的电场产生的电场 E 的矢的矢量和，即：量和，即：E=Eo+E+EoEE 电介质中任一点的极化强度电介质中任一点的极化强度 P 并不决并不决定于外加的电场定于外加的电场 Eo，而是由该点的总电场，而是由该点的总电场 E 决定的。决定的。2、极化率、极化率 Electric Susceptibility 实验表明，对于大多数常见的各向同实验表明，对于大多数常见的各向同性电介质性电介质 P 与与o E 方向相同，数量上成正方向相同，数量上成正比关系，因此，可以写成比关系，因此，可以写成P=eo E比例常数比例常数e叫做极化率，它与电场叫做极化率，它与电场 E 无关，无关，与电介质的种类有关，是介质材料的属性。与电介质的种类有关，是介质材料的属性。