电磁学 第五章（2）.ppt

《电磁学 第五章（2）.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电磁学 第五章（2）.ppt（39页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、电磁学第五章第五章 静电场中电介质静电场中电介质一、一、一个简单的演示实验一个简单的演示实验 两板先带电量两板先带电量+Q、-Q则则实验表明实验表明UU0 两板之间的电压为两板之间的电压为U02、平行板电容器平行板电容器两板之间加电介两板之间加电介质质两板带电量两板带电量+Q、-Q不变不变两板之间的电压变为两板之间的电压变为U什么是电介质：绝缘体什么是电介质：绝缘体5.1 电介质对电介质对电场电场的影响的影响电介质对电场的影响电介质对电场的影响1、平行板电容器平行板电容器两板之间是空气两板之间是空气3、平行板电容器平行板电容器因为因为所以所以 两板之间加电介质后，两板之间的电场大小的比较两板之

2、间加电介质后，两板之间的电场大小的比较电介质对电场的影响电介质对电场的影响二、二、电介质的介电常数电介质的介电常数1、真空中的介电常数真空中的介电常数绝对介电常数绝对介电常数2、物质物质(电介质电介质)的介电常数的介电常数 相对介电常数相对介电常数3、空气中的介电常数近似为空气中的介电常数近似为1 1 电介质电介质的绝对介电常数的绝对介电常数 5.2 电介质的极化电介质的极化 一、电介质的电结构一、电介质的电结构1、有极分子：正负电荷的有极分子：正负电荷的“重心重心”不重合：图不重合：图（a）2、无极分子：正负电荷的无极分子：正负电荷的“重心重心”重合：图重合：图（b）有极分子有极分子具有具有

3、固有电矩固有电矩无极分子无极分子没有没有固有电矩固有电矩电矩与电电矩与电偶极子偶极子有什么不有什么不同？同？无极分子无极分子有极分子有极分子 二、电介质的极化二、电介质的极化1、有极分子的极化有极分子的极化 转向极化转向极化固有电矩的固有电矩的转向转向 位移极化位移极化固有电矩的固有电矩的增大增大2、无极分子的极化无极分子的极化 先产生先产生感生电矩感生电矩 在外电场中的电介质分子在外电场中的电介质分子感生电矩感生电矩固有电矩固有电矩 位移极化位移极化感生电矩增大感生电矩增大 三、面束缚电荷（面极化电荷）三、面束缚电荷（面极化电荷）在外电场中的电介质在外电场中的电介质无极分子的极化无极分子的极

4、化有极分子的极化有极分子的极化 四、电极化强度四、电极化强度1、定义定义 P1302、数学表式数学表式 或或 对无极分子对无极分子 3、电极化强度的性质电极化强度的性质实验结论实验结论各向同各向同性介质性介质在在各向同性介质中，各向同性介质中，P与与E 成正比成正比在在各向异性介质中，各向异性介质中，P P与与E E 成非线性关系成非线性关系实验结论实验结论 五、面束缚电荷与电极化强度的关系五、面束缚电荷与电极化强度的关系1、电介质极化束缚电荷的分布电介质极化束缚电荷的分布越过越过dS面的正电荷面的正电荷越过越过单位单位面积总的正电荷面密度为面积总的正电荷面密度为考虑电介质内部考虑电介质内部任

5、意任意面元面元dS极化电荷的产生极化电荷的产生为什么考为什么考虑正电荷？虑正电荷？2、电介质电介质内部内部束缚电荷的分布束缚电荷的分布越过越过dS面，向外移面，向外移 出封闭面的正电荷出封闭面的正电荷越过封闭越过封闭面的总的面的总的正正电荷电荷在电介质内部在电介质内部任意选取一个封闭任意选取一个封闭面面体束缚电荷的产生体束缚电荷的产生 留在留在封闭封闭面内总的面内总的负负电荷电荷六、电介质的击穿六、电介质的击穿介介电强度电强度:体束缚电荷的产生体束缚电荷的产生 负号的含负号的含 义是什么？义是什么？5.3 D 的的高斯定律高斯定律一、电位移矢量一、电位移矢量D E0 所有自由电荷产生的电场所有

6、自由电荷产生的电场1、电介质内的总场强、电介质内的总场强E所有束缚电荷产生的电场所有束缚电荷产生的电场2、在电介质中运用高斯定律、在电介质中运用高斯定律推导推导D 的高斯定律的高斯定律总场强总场强E 3、电位移矢量的定义、电位移矢量的定义 电位移通量电位移通量4、电介质中高斯定律的数学形式、电介质中高斯定律的数学形式 文字描述文字描述P134 数学表式数学表式二、二、D 的高斯定律的高斯定律通过任意封闭曲面的电位移通量等于通过任意封闭曲面的电位移通量等于该封闭面包围的该封闭面包围的自由电荷自由电荷的代数和。的代数和。介电常量介电常量（或电容率）（或电容率）场强场强E 的切向的切向分量相等分量相

7、等电位移矢量电位移矢量D 的的法向分量相等法向分量相等*三、静电场三、静电场的边界条件的边界条件静电场的静电场的边界条件边界条件静电场的边界条件静电场的边界条件切向切向场强场强相等相等法向电位移相等法向电位移相等 电位移矢量电位移矢量D 的的折射定律折射定律D 线方向线方向的改变的改变 例例 5.1 P135 一个均匀带正电的金属球，浸在油中一个均匀带正电的金属球，浸在油中 穿过包围金属球的高斯面的电位移通量穿过包围金属球的高斯面的电位移通量 穿过该高斯面任意一点的电位移穿过该高斯面任意一点的电位移油中的场强分布油中的场强分布总场强总场强1、油中的场强总分布油中的场强总分布 电介质中的带电金属

8、球电介质中的带电金属球 2、油（与金属球）分界面的束缚电荷总量、油（与金属球）分界面的束缚电荷总量束缚电荷在油中产生的电场强度为束缚电荷在油中产生的电场强度为 油中的总场强分布油中的总场强分布自由电荷在油中产生的电场强度为自由电荷在油中产生的电场强度为 电介质中的带电金属球电介质中的带电金属球 油分界面（与金属球）的束缚电荷总量油分界面（与金属球）的束缚电荷总量 电介质中的带电金属球电介质中的带电金属球 例例 5.2 P136 平行板电容器平行板电容器(1)两两板的束缚电荷面密度板的束缚电荷面密度若不考虑边缘效应，若不考虑边缘效应，板之间各处板之间各处 场强场强E和电位移和电位移D都垂直与板面

9、，都垂直与板面，且在两半内部均匀分布且在两半内部均匀分布即即所以所以即即平行板电容器平行板电容器先在左先在左半部选一个高斯面半部选一个高斯面(蓝线蓝线)圆柱面：上底面在金属内，则圆柱面：上底面在金属内，则 即即同理，对与右半部，同理，对与右半部，静电平衡时，导体是等势体，静电平衡时，导体是等势体，左右半部的电势差是相等的左右半部的电势差是相等的即即所以所以即即由此得由此得平行板电容器平行板电容器 (2)两两板之间的电场的大小板之间的电场的大小因为金属板上的总电量保持不变因为金属板上的总电量保持不变得得则则因为因为所以所以金属板上的总电量不变，金属板上的总电量不变，但其内部的场强消弱了！但其内部

10、的场强消弱了！这个物理效应有何意义这个物理效应有何意义?(3)两两板之间的电压板之间的电压则束缚电荷面密度为则束缚电荷面密度为(4)电介质上下表面的束缚电荷面密度电介质上下表面的束缚电荷面密度END5-1本次作业：本次作业：P150-5.3；5.6；5.85.4 电容器和它的电容电容器和它的电容一、什么是电容器一、什么是电容器 1、什么是、什么是电容器电容器 能够储存电荷或电场能够储存电荷或电场能力的导体能力的导体（导体系统）（导体系统）比如：平行板电容器比如：平行板电容器，球形电容器，球形电容器 平行板电容器平行板电容器2、电容器的电容含义电容器的电容含义 2、电容器的电含义电容器的电含义

11、电容器电容的含义：电容器电容的含义：电容器两极板间升高单电容器两极板间升高单位电压所需要增加的电位电压所需要增加的电荷量荷量 平行板电容器平行板电容器电容的定义式电容的定义式比值定义法。电容器电容与其两极板比值定义法。电容器电容与其两极板 电压以及两极板所带的电荷量无关电压以及两极板所带的电荷量无关电容器电容取决于自身的形状和材料。电容器电容取决于自身的形状和材料。3、电容器的作用电容器的作用 储存电荷储存电荷莱顿瓶莱顿瓶储存电场储存电场 能量；交流电路电流电压的控制；能量；交流电路电流电压的控制；电磁波的发射（电磁波的发射（LCLC振荡电路振荡电路）与接收与接收（接收机的调谐电路）；滤波；相

12、移（接收机的调谐电路）；滤波；相移 电容器是基本电路的三大元件之一电容器是基本电路的三大元件之一平行板电容器平行板电容器4、电容的单位、电容的单位法拉法拉皮法皮法微法微法 二、各种电容器电容的计算法二、各种电容器电容的计算法1、平行板电容器、平行板电容器 平行板电容器板之间电介质的场强平行板电容器板之间电介质的场强 平行板电容器板的电容平行板电容器板的电容平行板电容器平行板电容器 2、圆柱形电容器、圆柱形电容器圆柱形内圆柱形内电解质的场强电解质的场强圆柱形圆柱形电容器板的电容电容器板的电容圆柱形圆柱形电容器电容器 3、球形电容器、球形电容器球壳内球壳内电解质的场强电解质的场强球形球形电容器板的

13、电容电容器板的电容D 的高斯定理的高斯定理4、孤立导体球的电容器、孤立导体球的电容器球形球形电容器电容器 三、电容器串并联三、电容器串并联电容器的串联电容器的串联电容器的并联电容器的并联串联串联并联并联5.5 电容器的能量电容器的能量一、照相闪光灯的原理一、照相闪光灯的原理 充电过程：充电过程：K与与a 接通接通 放电过程：放电过程：K与与b 接通接通充电电路充电电路放电电路放电电路 二、电容器的能量二、电容器的能量充电电路充电电路放电电路放电电路 设：电容器带有电量设：电容器带有电量 Q，相应的电压为相应的电压为U则：则：在放电过程中在放电过程中 两板的电两板的电 量为量为q，两板间的电压为

14、两板间的电压为即：即：dq的正电荷在电场力的作的正电荷在电场力的作 用下流向负极板，电场力做功为用下流向负极板，电场力做功为 充电电路充电电路放电电路放电电路即：即：dq的正电荷在电场力的作的正电荷在电场力的作 用下流向负极板，电场力做功为用下流向负极板，电场力做功为所有电量在放电过程中完所有电量在放电过程中完 全全 中和后中和后，电场力做的总功为电场力做的总功为电容器的能量为电容器的能量为这个总功就是电容器储存的这个总功就是电容器储存的 能量。所以能量。所以 1、电容器储存能量的表达式电容器储存能量的表达式三、电容器的能量储存在电容器内的电场中三、电容器的能量储存在电容器内的电场中2、电容器

15、电场的电容器电场的能量密度能量密度 2、电容器电场的电容器电场的能量密度能量密度 电容器内场强电容器内场强 电容器内电场能量可以表式为电容器内电场能量可以表式为 2、电容器电场的电容器电场的能量密度能量密度 电容器内电场能量密度为电容器内电场能量密度为 电容器内电场能量为电容器内电场能量为 两球间的场强分布两球间的场强分布球形球形电容器电容器储存的电场能量储存的电场能量例例 5.3P147 球形球形电容器电容器储存能量的表达式储存能量的表达式 球形电容器球形电容器提提 要要2、电介质的极化、电介质的极化1、电介质分子的电矩、电介质分子的电矩 D的高斯定律的高斯定律 极性分子有固有电矩，非极性分

16、子在外电场中产生有感生电矩极性分子有固有电矩，非极性分子在外电场中产生有感生电矩 3、电位移、电位移 极性分子有在外电场中固有电矩的取向或感生电矩的产生，使电介极性分子有在外电场中固有电矩的取向或感生电矩的产生，使电介质的表面（或内部）出现束缚电荷质的表面（或内部）出现束缚电荷电极化强度电极化强度对各向同性介质，在电场不太强的情况下对各向同性介质，在电场不太强的情况下面束缚电荷密度面束缚电荷密度 对各向同性介质对各向同性介质 静电场的边界条件静电场的边界条件END5-2本次作业：本次作业：P150-5.14；5.19；5.236、电介质中场强的能量密度、电介质中场强的能量密度5、电容器的能量、电容器的能量4、电容器的电容、电容器的电容电容器的串联电容器的串联电容器的并联电容器的并联平行板平行板电容器电容器