电磁第四章精.ppt
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1、电磁第四章第1页,本讲稿共93页4.1 4.1 电介质电介质电介质的电结构电介质的电结构不导电不导电每个分子每个分子带负电的电子(束缚电子)带负电的电子(束缚电子)带正电的原子核带正电的原子核一般分子内正负电荷一般分子内正负电荷不集中在同一点上不集中在同一点上所有所有负电荷负电荷负负重心重心所有所有正电荷正电荷正正重心重心电介质:电子被束缚在其原子核的周围,只能在原子、分子范围内作微小的移动,这类物质不能导电,人们通常称之为绝缘体,又称为电介质。电介质电介质绝缘体绝缘体在外电场在外电场 E E内内 0 0第2页,本讲稿共93页两类电介质:两类电介质:重心不重合重心不重合重心重合重心重合有极分子
2、有极分子两种电介质放入外电场,两种电介质放入外电场,其表面上都会出现电荷。其表面上都会出现电荷。电电极极化化电介质分类无极分子无极分子电介质的极化极化:在外电场的作用下,无论是无极分子还是有极分子都要发生某种变化,这种变化称之为极化极化的分类:位移极化取向极化第3页,本讲稿共93页电介质的电极化与导体有本质的区别:电介质的电极化与导体有本质的区别:电介质:电介质:导体:导体:2.2.电极化现象电极化现象(1)(1)有极分子有极分子取向极化可见:可见:E E外外 强,强,端面上束缚电荷越多,电极化程度越高。端面上束缚电荷越多,电极化程度越高。第4页,本讲稿共93页(2)(2)无极分子无极分子电中
3、性电中性同样:同样:E E外外 强,强,p p大大端面上束缚电荷越多,电极化程度越高。端面上束缚电荷越多,电极化程度越高。位移极化1 1 取向极化取向极化有极分子,位移极化有极分子,位移极化两种介质。两种介质。2 2 对均匀电介质体内无净电荷,束缚电荷只出现在表面上。对均匀电介质体内无净电荷,束缚电荷只出现在表面上。3 3 束缚电荷与自由电荷在激发电场方面,具有同等的地位。束缚电荷与自由电荷在激发电场方面,具有同等的地位。一般地,一般地,E E外外不同,则介质的极化程度不同。不同,则介质的极化程度不同。说明第5页,本讲稿共93页3.电极化强度矢量单位:单位:C/mC/m2 2显然:显然:E E
4、外外=0=0(2)对各向同性的电介质有:对各向同性的电介质有:实验结论:实验结论:电极化率电极化率即:即:(3)(3)电击穿电击穿电介质的击穿电介质的击穿当当E E很强时,分子中正负电荷被拉开很强时,分子中正负电荷被拉开自由电荷自由电荷绝缘体 导体 电介质击穿电介质所能承受不被击穿的最大电场强度电介质所能承受不被击穿的最大电场强度 击穿场强击穿场强例:尖端放电,空气电例:尖端放电,空气电击击穿穿 E=3 kv/mm E=3 kv/mm单位体积内所有分子的电偶极矩矢量和(1)的定义:第6页,本讲稿共93页3)引入 线,起于束缚负电荷,止于束缚正电荷。(不是各点的 ,而是各点的 相等。)1)若介质
5、均匀极化,则介质内各点的 都相同。若电介质不均匀,不仅电介质表面有极化电荷,内部也产生极若电介质不均匀,不仅电介质表面有极化电荷,内部也产生极化电荷体密度。化电荷体密度。2 2)均匀的电介质被均匀的极化时,只在电介质表面产生极化均匀的电介质被均匀的极化时,只在电介质表面产生极化电荷,内部任一点附近的电荷,内部任一点附近的 V V 中呈电中性。中呈电中性。4)还与极化电荷的面密度 有关。即:电介质极化时,产生的极化电荷面密度等于电极化强即:电介质极化时,产生的极化电荷面密度等于电极化强度沿表面的外法线方向的分量。度沿表面的外法线方向的分量。说明:第7页,本讲稿共93页4.4.有电介质存在时的静电
6、场的计算有电介质存在时的静电场的计算(1)(1)有介质存在时的高斯定理:有介质存在时的高斯定理:注:注:在电介质存在空间的电场由在电介质存在空间的电场由自由电荷自由电荷介质上的介质上的束缚电荷束缚电荷共同产生共同产生以两个平行导体平板为例:以两个平行导体平板为例:设两平板间充满设两平板间充满均匀各向同性介质。均匀各向同性介质。VV实验测得:实验测得:未放介质两极板间未放介质两极板间的电位差为的电位差为V Vo o 放入介质两极板间放入介质两极板间的电位差为的电位差为V V并且:并且:介质的相对介电常数介质的相对介电常数第8页,本讲稿共93页用用E Eo o表示导体板上自由电荷产生的电场;表示导
7、体板上自由电荷产生的电场;则有:则有:即:即:引入:引入:介质介电常数介质介电常数电位移矢量电位移矢量有介质空间的高斯定理D D的单位:的单位:C/mC/m2 2以以E E/表示束缚电荷产生的电场;表示束缚电荷产生的电场;电介质内的合场强为:电介质内的合场强为:无介质时的电位差:无介质时的电位差:V Vo o=E=Eo od dd导体板间的电位差:导体板间的电位差:V=EdV=Ed如图取高斯面如图取高斯面S S,按高斯定理:,按高斯定理:EoEE第9页,本讲稿共93页讨论讨论1、表述的优越性。右右侧侧不不含含极极化化电电荷荷,当当问问题题具具有有某某种种对对称称性性时时,可可由由高高斯定理求解
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