大學物理學電子教案---靜電場中的電介質(zhì)與高斯定理

1、大學物理電子教案，靜電場電介質(zhì)1，93靜電場電介質(zhì)94高斯定理與電介質(zhì)電位移，重復，91靜電場導體靜電感應(yīng)靜電平衡條件電荷分布靜電平衡靜電屏蔽，92電容器電容器電容器與隔離導體并聯(lián)和串聯(lián)，9-3靜電場電介質(zhì)，所謂電介質(zhì)，是指非導電物質(zhì)，即絕緣體，里面沒有可移動的電荷。如果將電介質(zhì)放入靜電場，電介質(zhì)原子中的電子和原子核在電場力的作用下會在原子范圍內(nèi)發(fā)生微觀相對位移。當達到靜電平衡時，電介質(zhì)內(nèi)部的場強不是零。在外電場中，電介質(zhì)受到電場的影響，它也影響外電場。1.電介質(zhì)對電容相對介電常數(shù)的影響：1.電介質(zhì)對電容器電容的影響。電容器充電后，移除電源以保持兩個極板上的電量恒定。填充有電介質(zhì)的電容器的兩個

2、極板之間的測量電壓U是真空電容器的兩個極板之間的電壓U0的1/er倍，即，U=U0/er。因此，充滿電介質(zhì)的電容器的電容是真空電容的1/2倍。2，電介質(zhì)的相對介電常數(shù)和介電常數(shù)，er被稱為相對介電常數(shù)er和真空介電常數(shù)e0的乘積，e=ere0被稱為介電常數(shù)，3，電介質(zhì)中的電場強度，在真空中，電介質(zhì)中任意點的電場強度是真空中原始電場強度的1/er，4，電介質(zhì)的擊穿場強和擊穿電壓，當電場強度增加到某個最大場強Eb時，電介質(zhì)分子電離。電介質(zhì)能夠承受的最大場強Eb被稱為電介質(zhì)的擊穿場強。這時，兩個極板之間的電壓稱為擊穿電壓Ub。Eb=Ub/d，非極性分子：分子的正負電荷中心重合，沒有固定的電偶極矩，如

3、H2、氯化氫、二氧化碳、N2、氧氣等。極性分子：沒有電場，分子的正負電荷中心不重合，但有固定的電偶極矩，如H2O、鹽酸等。1.電介質(zhì)的分類；2.電介質(zhì)的極化。每個分子的正電荷Q集中在一個點上，稱為正電荷的“重心”，負電荷Q集中在一個點上，稱為正負電荷的“重心”。分子形成電偶極子p=ql，2。非極性分子的極化機制使極化發(fā)生偏移，當沒有外加電場時，分子的正負電荷中心重合；當有外電場存在時，正負電荷會被電場力拉走，偏離原來的位置，形成電偶極子，稱為感應(yīng)電偶極矩。在外電場中，每個分子都有一定的感應(yīng)偶極矩，所以正負電荷出現(xiàn)在垂直于外電場的電介質(zhì)的兩個表面上。極化電荷或束縛電荷。3.極性分子的極化機制是定

4、向極化。當沒有外部電場時，電偶極子的排列是混亂的，因此它不向外部顯示電。當有外部電場時，每個電偶極子都會受到一個力矩的作用。在這個力矩的作用下，電介質(zhì)中的電偶極子將轉(zhuǎn)向外部電場的方向。極化電荷將在垂直于電場方向的兩個表面上產(chǎn)生。極化電荷在外部電場中，結(jié)合電荷的現(xiàn)象稱為電介質(zhì)極化。電暈現(xiàn)象在雨天或雨天，在高壓輸電線路附近經(jīng)?？梢钥吹揭环N淺藍色的輝光放電現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為電暈現(xiàn)象。電暈現(xiàn)象可以用水分子的極化和尖端放電來解釋。3。偏振強度，1。引言，當沒有外電場時，電介質(zhì)沒有極化，內(nèi)部宏觀小體積元中每個分子的電偶極矩的矢量和為零；當存在外部電場時，電介質(zhì)被極化，并且在這個小體積單元中電偶極矩的矢量和

5、將不為零。文本越強3.極化強度的描述，用于表征電介質(zhì)極化程度的物理量；單位：C.m-2，與電荷面積密度單位相同；如果介質(zhì)的極化強度和方向相同，稱為均勻極化；否則，它被稱為非均勻極化。4。極化強度與極化電荷面密度的關(guān)系。以電介質(zhì)中長度為d、面積為s的圓柱體為例，圓柱體兩個底面的極化電荷面密度是和的，所以圓柱體中所有分子電偶極矩的矢量和等于極化產(chǎn)生的極化電荷面密度。4.電介質(zhì)中電場強度與極化電荷和自由電荷的關(guān)系；1.電介質(zhì)中的電場強度；2.極化電荷和自由電荷之間的關(guān)系；3.電介質(zhì)極化定律。c被稱為電介質(zhì)的極化率，它是各向同性線性電介質(zhì)中的一個純數(shù)值。在高頻條件下，電介質(zhì)的相對介電常數(shù)與外加電場的頻

6、率有關(guān)。電介質(zhì)電位移的9-4高斯定理，1。電介質(zhì)的高斯定理。假設(shè)極板上自由電荷的面密度為s0，介質(zhì)表面上極化電荷的面密度為S，這樣，在靜電場中，通過任意封閉曲面的電位移矢量和電位移通量等于該曲面所包圍的自由電荷的代數(shù)和，這就是電介質(zhì)的高斯定理。二是電位移矢量與電場強度的關(guān)系，電位移矢量的解釋是輔助量，電場強度是基本量；描述電場性質(zhì)的物理量是電場強度和電勢。在電介質(zhì)中，回路定理仍然成立，靜電場是保守場。它只與免費相關(guān)。第三，在電介質(zhì)存在的情況下應(yīng)用高斯定理可以簡化計算，因為只需要考慮自由電荷。一般步驟是：首先由高斯定理計算出電位移矢量的分布，然后由電位移矢量的分布計算出電場強度的分布，從而避免極化電荷帶來的麻煩。平板電容器填充有兩層厚度為d1和d2的電介質(zhì)，它們的相對介電常數(shù)為er1和er2，板的面積為s。(2)當極板上自由電荷的面積密度為s0時，兩種介質(zhì)分解面上極化電荷的面積密度；(3)兩層介質(zhì)的電位移。解決方法：(1)假設(shè)兩種介質(zhì)中的場強分別為E1和E2，選擇上、下底面面積如圖所示為S的圓柱體為高斯面，上底面在導體中，下底面在介質(zhì)中，邊的法線垂直于場強，根據(jù)高斯定理，圓柱體中的自由電荷為： 所以電介質(zhì)中的電場強度和兩個板之間的電勢差是電容，(2)界面處第一電介質(zhì)的極化電荷平面密度是