2022-2023学年高二物理竞赛课件：静电场中的电介质

静电场中的电介质 电介质对电场的影响 电介质(Dielectric)的主要特征： 电子处于束缚状态，几乎不存在可以自由移动的电荷。 本章研究： 各向同性的理想的电介质，其内部没有可以自由移动的电荷。也称为绝缘体。 静电场中的电介质 2 容纳电荷，增大电容 电介质 + + + + - - - - + + + + + + - - - - - - 真空 电荷增多 电压变小，减弱电场 + + + + - - - - 真空 d + + + + - - - - 电介质 d 电介质的作用： 电压变小 相对介电常量，大于1。 ： 真空 r= 1 空气(0℃,1atm) r= 1.00059 纯水(0℃,1atm) r= 80.2 玻璃 r= 5—10 钛酸钡 r= 103—104 r 标志电介质对静电场的削弱程度，是反映物质电学性能的一个重要参数。 标定电介质： 4 一、电介质的极化现象 1. 束缚电荷(Bound Charge)： 外电场作用下，电介质中出现束缚电荷。 2. 极化现象：电介质中出现束缚电荷的现象 + + + + + - - - - - + + + + + + + + - - - - - - - - Q -Q Q’ -Q’ 电介质的作用：增大电容，减小场强 问题：为什么电介质电场强度会减少到真空时的1/ r ? 5 ± 有极分子 + – 无极分子 H2, CO2, CH4, He等 无极分子电介质 H2O, NH3, 有机酸等 有极分子电介质 电介质极化的微观解释 1.两种电介质 有极分子 无极分子 无外场： 电中性 热运动 有外场： 电矩 电极化 - + - + - + - + - + - + - - - - - - + + + + + + - + - - - - - - - - + + + + + + + + 沿外场方向 2. 电极化 电场作用下电介质的微观结构： + - 分子电偶极距： q：分子中正电荷或负电荷的电量的数值。 ：从负电荷“重心”指向正电荷“重心”的矢量。 电场中的电介质可看作是由大量这种微小的电偶极子组成的。 负电荷“重心” 正电荷“重心” + - + - + - + - + - 均匀介质，束缚电荷只在表面 8 介质处于极化状态时： 介质未极化时： 无极分子：感生电矩 单位： 有极分子：取向投影 1.定义：单位体积内的分子电矩（矢量和） 2. 极化强度和电场（自由电荷产生的电场）的关系 各向同性电介质， 不太强时： 9 极化强度和束缚电荷的关系: n：电介质单位体积内的分子数。 dS面上因电极化而越过单位面积的电荷为： 面束缚电荷 穿过dS的偶极矩占据相同体积dV，留在dV内的电荷 - + - + - + 任取一面元，斜高l,构成dV 10 面束缚电荷 dS取在表面，越过表面的电荷被束缚于表面 束缚电荷面密度： : 介质的外法向 仅穿过S 的电偶极矩，对S内的极化电荷有贡献 在已极化的介质内任意作一闭合面S 封闭曲面内的体束缚电荷等于通过该封闭曲面的电极化强度通量的负值。 体束缚电荷（非均匀介质，或两种介质的交界面） $