复旦大学《大学物理》课件-静电场中的电介质(1).pptx

静电场中的电介质 2 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；电介质 C H+H+H+H+正负电荷 中心重合 甲烷分子+正电荷中心 负电荷 中心 H+H O 水分子 分子电偶极矩 一、电介质的极化 The Polarization of Dielectric 3 1.无极分子的位移极化+-+He+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-均匀介质+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-非均匀介质+-+-+-+-+-q q 4 1）位移极化是分子的等效正负电荷作用中心 在电 场作用下发生位移的现象。2）均匀介质极化时在介质表面出现极化电荷，而非均匀介质极化时，介质的表面及内部 均可出现极化电荷。极化电荷 极化电荷 结论：5 2.有极分子的取向极化+无外电场时 电矩取向不同 两端面出现 极化电荷层 转向外电场 加上外场 6 极化强度(矢量)单位体积内分子电偶极矩的矢量和 描述了电介质极化程度，反映了电介质内分子电矩排列的有序或无序程度。二、极化强度 7 三.极化强度与极化电荷的关系 大量实验证明：对于各向同性的电介质，极化强度 与电场 有如下关系：-介质的电极化率（由介质本身 性质决定的常数，是反映 介质本身性质的物理量。)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。8 四.电位移 电介质中的高斯定理 真空中的高斯定理 电介质中的高斯定理+9 定义电位移矢量 介质中的高斯定理 通过电介质中任一闭合曲面的电位移通量等于该面所包围的自由电荷的代数和。自由电荷的代数和10 介质中 介质的相对介电常数 介质的介电常数 对于各向同性电介质11 电位移线 大小:方向:切线 线 线 12 将真空电容器充满某种电介质 电介质的电容率（介电常数）平行板电容器 电介质的相对电容率（相对介电常数）同心球形电容器 同轴圆柱形电容器 13 nn1S2S由电介质中的高斯定理 由 得 S.121212121EEDDddSrr、求：、，已知、电容率分别为电介质的相对电荷的面密度分别为，面积均为：如图，两平行导体板例解：由 得 由例1知 故电势差 所以电容 例2.平行板电容器。已知d1、r1、d2、r2、S 求:电容C 解:设电荷面密度分别为 15 解:过P点作高斯面，根据 电介质中的高斯定理得 电势.2.1.3uEQRr导体球的电势；球外任一点的求：的电介质球外充满相对电容率为，均匀带电已知：导体球半径为例16.43CddS求电容中所示的铜板，相对位置如图厚度为现插入一块，板间距为均为已知板的面积平行板电容器例静电场的能量 18 开关倒向a,电容器充电。开关倒向b,电容器放电。灯泡发光 电容器释放能量 电源提供 计算电容器带有电量Q，相应电势差为U时所具有的能量。一、电容器的能量 19 任 一 时 刻 终 了 时 刻 外力做功 电容器的电能 20 电场能量密度描述电场中能量分布状况 1、对平行板电容器 电场存在的空间体积 二、静电场的能量,能量密度 21 对任一电场，电场强度非均匀 2、电场中某点处单位体积内的电场能量 22 例：计算球形电容器的能量 已知RA、RB、q 取体积元 能量 23 课堂讨论 比较均匀带电球面和均匀带电球体所储存的能量。24 求：（1）两球壳间的电场分布（2）两球壳间的电势差（3）两球壳构成的电容器 的电容值。（1）25（2）26 例4、在带电量为 、半径为R1的导体球壳外，同心放置一个内外半径为R2、R3的金属球壳。1、求外球壳上2电荷及电势分布；2、把外球接地后再绝缘，求外球上的电荷分 布及球壳内外 的电势分布；3、再把内球接地，求内球上的电荷分布及球 壳的电势。解1、作高斯面可知：由电守恒定律：27 1、求电势分布：（用叠加原理）28 29 2、外球接地后再绝缘：电势分布：30 电势分布：31 3、再把内球接地：电荷重新分布：由高斯定律：由电守恒定律：又因内球接地，电势为零 三式解得：32 球壳的电势：三式解得：3、再把内球接地：33 球壳的电势：3、再把内球接地：（还有一种方法：先用高 斯定理求场强再积分）34 例、已知导体球的 q和，导体球壳的，