物理学下5-电介质中的电极化强度P与电位移D.pptx

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1、物理学下 5电介质中的电极化强度P与电位移D张宏浩1 有极分子：分子正负电荷中心不重合。有极分子：分子正负电荷中心不重合。无极分子：分子正负电荷中心重合；无极分子：分子正负电荷中心重合；电电介介质质CH+H+H+H+正负电荷正负电荷中心重合中心重合甲烷分子甲烷分子+正电荷中心正电荷中心负电荷负电荷中心中心H+HO水分子水分子分子电偶极矩分子电偶极矩四、电介质的极化四、电介质的极化 1.无极分子的无极分子的位移极化位移极化无外电场时无外电场时加上外电场后加上外电场后+极化电荷极化电荷极化电荷极化电荷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电偶极矩取向杂乱无章电偶极矩取向杂乱

2、无章两端面出现两端面出现极化电荷层极化电荷层转向转向外电场外电场加上外场加上外场*五、电极化强度和极化电荷五、电极化强度和极化电荷1、电极化强度、电极化强度(矢量矢量)单位体积内分子电偶极矩的单位体积内分子电偶极矩的矢量和矢量和描述了电介质极化强弱，反映了电介质内分子电偶描述了电介质极化强弱，反映了电介质内分子电偶极矩排列的有序或无序程度。极矩排列的有序或无序程度。极化电荷极化电荷表面极化电荷表面极化电荷2、极化电荷和极化强度关系、极化电荷和极化强度关系(1)均匀介质极化时，其表面上某点的极化电荷面密均匀介质极化时，其表面上某点的极化电荷面密度，等于该处电极化强度在外法线上的分量。度，等于该处

3、电极化强度在外法线上的分量。(2)在电场中，穿过任意闭合曲面的极化强度通量等在电场中，穿过任意闭合曲面的极化强度通量等于该闭合曲面内极化电荷总量的负值。于该闭合曲面内极化电荷总量的负值。情况一：情况二：情况三：我们再来举例形象地证明如下的束缚体电荷与电极化矢量的关系：下面的论证要调用到以下这个结果证明可见下面两页无限大均匀无限大均匀电介质中电介质中 充满电场空间的各向同性均匀电介质内部的场强大小等充满电场空间的各向同性均匀电介质内部的场强大小等于真空中场强的于真空中场强的 倍，方向与真空中场强方向一致。倍，方向与真空中场强方向一致。介质中的场介质中的场极化电荷的场极化电荷的场自由电荷的场自由电

4、荷的场*六、电介质中的电场六、电介质中的电场1、线性各向异性电介质、线性各向异性电介质 它表示张量在它表示张量在坐标中的坐标中的9个分量，叫做电介质的极化率张量。个分量，叫做电介质的极化率张量。的关系是线性关系时，的关系是线性关系时，电介质叫做电介质叫做线性电介质线性电介质。2、铁电体、铁电体 与与 的关系是的关系是非线性非线性的，甚至的，甚至 与与 之间也不存在之间也不存在单值函数单值函数关系。关系。如：酒石酸钾钠（如：酒石酸钾钠（NaKC4H4O6）及钛酸钡（）及钛酸钡（BaTiO3）（1）、）、由于铁电体具有由于铁电体具有电滞效应，电滞效应，经过极化的铁电经过极化的铁电体在剩余极化强度体

5、在剩余极化强度Pr和和-Pr处是双稳态，可制成处是双稳态，可制成二进二进制的存储器。制的存储器。（2）、）、铁电体的铁电体的相对介电常数相对介电常数 r不是常数不是常数，随外，随外加电场的变化。加电场的变化。利用铁电体作为介质可制成利用铁电体作为介质可制成容量大、容量大、体积小的电容器。体积小的电容器。铁电体的性能和用途铁电体的性能和用途3、压电体、压电体 1880年居里兄弟发现石英晶体被外力压缩或拉伸年居里兄弟发现石英晶体被外力压缩或拉伸时，在石英的某些相对表面上会产生等量异号电荷。时，在石英的某些相对表面上会产生等量异号电荷。压电效应压电效应 （3）、铁电体在居里点附近，材料的）、铁电体在

6、居里点附近，材料的电阻率会随温电阻率会随温度发生灵敏的变化度发生灵敏的变化，可以制成铁，可以制成铁电热敏电阻器电热敏电阻器。（4）、铁电体在强光作用下能）、铁电体在强光作用下能产生非线性效应产生非线性效应，常用，常用做激光技术中的做激光技术中的倍频或混频器件倍频或混频器件。4、驻极体、驻极体极化强度并不随外场的撤除而消失。如：石蜡极化强度并不随外场的撤除而消失。如：石蜡七、有电介质时的高斯定理七、有电介质时的高斯定理自由电荷自由电荷极化电荷极化电荷电位移矢量电位移矢量真空中真空中介质中介质中小结：电位移D满足特别地，对于线性电介质，介质中的高斯定理介质中的高斯定理自由电荷自由电荷 通过任意闭合曲面的电位移通量，等于该闭通过任意闭合曲面的电位移通量，等于该闭合曲面所包围的自由电荷的代数和。合曲面所包围的自由电荷的代数和。电位移线电位移线大小大小:方向方向:切线切线线线线线