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1、第五章 静电场v 导体 绝缘体1.导体 conductor存在大量的可自由移动的电荷 2.绝缘体 （电介质） dielectric没有可以自由移动的电荷3.半导体 semiconductor介于上述两者之间v 本节讨论电介质与电场的相互影响第四节第四节 静电场中的电介质静电场中的电介质第五章 静电场 一.电介质及其结构非极性分子（氢、甲烷、石蜡等）极性分子（水、有机玻璃等）+ -+-非极性分子极性分子第五章 静电场二.电介质的极化(polarization)第五章 静电场+ + + + +-+ + + + +-共同效果边缘出现 电荷分布位移极化1 电介质极化过程取向极化束缚电荷 极化电荷 极化
2、面电荷 密度 极化体电荷 密度第五章 静电场:电极化强度:分子偶极矩的单位：宏观上无限小微 观上无限大2 电极化强度均匀极化： 处处相同第五章 静电场在已极化的介质内任意作一闭合面S,S 将把位于S 面附近的电介质分子分为两部分:一部分在 S 内, 一部分在 S 外.电偶极矩跨越 S 面的分子对 S 内 的极化电荷有贡献S3 极化强度与极化电荷第五章 静电场v 在 S 面上取一小面元dS， 以 dS 为底，以电 偶极子轴长 l 为斜高作一柱体，如图示在 dS 附近薄层内认为介质均匀极化, 分子数密度 为 n, 柱体内的分子数为 nldScos由于极化, 穿过 dS 的电荷量为ldSV第五章 静
3、电场如果 /2 落在柱面内 的是负电荷如果 /2 落在柱面内 的是正电荷v在 S 所围的体积内的极化电荷 与 的关系柱面内的极 化电荷l内dS第五章 静电场v电介质表面极化电荷面密度l内dS介质外法线 方向第五章 静电场单独+ + + + + + - - - - - - + + + + + + + + + + +- - - - - - - - - - -三 电介质中的静电场第五章 静电场无限大均匀介质中点电荷场强库仑定律成立的条件：电介质充满 整个空间。同样的场源电荷在真空 中产生的场是在某一介质中 产生的场的r倍。第五章 静电场 表征电介质在外电场中的极化性质，其值越大，对 外电场的减弱程度
4、大。是没有单位的纯数。真空r=1，气体密度小，极化对电场影响小r1， 固体r1。无极分子极化不受温度影响；有极分子极化与热运 动有关，T则r 。有极分子取向极化过程需要一定时间。在交变电场 中，对有极分子介质，电场变化频率f r 。无极 分子极化与频率无关。e r第五章 静电场电位移矢量+ + + + + + - - - - - - + + + + + + + + + + +- - - - - - - - - - -有介质时的高斯定理2 电介质中的高斯定理第五章 静电场3 电位移 electric displancement（任何介质）（均匀介质）注意有介质时先求 第五章 静电场例 两块靠得很
5、近 的平行金属板之间原 为真空，使它们分别 带等量异号电荷至面 密度为0，板间电压 为300V。现保持两板 电量不变，将板间一 半充r= 5 的电介质。 求（1）板间电压；（ 2）电介质上、下两表 面的极化电荷面密度.+ + + + + + + + +- - - - - - - - - - - -+ + + + + + + + + + + + + +- - - - - - - - - - -第五章 静电场+ + + + + + + + +- - - - - - - - - - - -+ + + +第五章 静电场第五章 静电场一 电容器及其电容1 孤立导体的电容 capacity例如 孤立的导体
6、球的电容地球单位 第五节第五节 静电场的能量静电场的能量第五章 静电场2 电容器 condenser电容器电容电容的大小仅与导体的形状、相对位置、其 间的电介质有关. 与所带电荷量无关.第五章 静电场典型的电容器 平行板d球形R1R23 电容器电容的计算1）设两极板分别带电 ； 2）求 ； 3）求 ；4）求 .步骤柱形R2R1第五章 静电场v 平板电容器+ + + + + +- - - - - -（2）两带电平板间的电场强度（1）设两导体板分别带电（3）两带电平板间的电势差（4）平板电容器电容第五章 静电场 v 球形电容器的电容球：形电容器是由半径分别为 和 的两同心金属球壳所组成解 设内球带
7、正电（ ），外球带负电（ ） 孤立导体球电容*第五章 静电场+ + + + + + + - - - - - - -4 电介质对电容的影响 相对电容率相对电容率电容率 permittivity+ + + + + + + - - - - - - -第五章 静电场+ + + + + + + + +- - - - - - - - -二 电容器的电能电容器贮存的电能+第五章 静电场三 静电场的能量与能量密度物理意义 电场是一种物质，它具有能量.电场空间所存储的能量 电场能量密度第五章 静电场例 如图所示,球形电容器的内、外半径分别为 和 ，所带电荷为 若在两球壳间充以电容率为 的电介质，问此电容器贮存的电场能量为多少？ 解第五章 静电场（球形电容器电容）讨 论（1）（2）（孤立导体球贮存的能量）第五章 静电场解例2 如图圆柱形电容器，中间是空气，空气的击 穿场强是 ，电容器外半径 . 在空气不被击穿的情况下，内半径 可使电容器 存储能量最多. （ 空气 ）单位长度的电场能量+ + + +- - - -+ +_ _第五章 静电场+ + + +- - - -+ +_ _
