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1、上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出7-8 7-8 静电场中的电介质静电场中的电介质电介质：电阻率很大,导电能力很差的物质。电介质的特征：原子或分子中的电子与原子核结合力 很强，电子处于束缚状态，一般可看作理想绝缘体。电介质的极化：当电介质处于电场中达到静电平衡时， 在电介质的表面层或电介质体内会出现电荷，这种现象 就叫电介质的极化。上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出* *一一 电介质的电结构电介质的电结构有极分子：分子的正电荷中心与负电荷中心不重 合。它们相当于一对距离极近的等值异号点电荷，设 它们的重心距离为l，等效电偶极矩为负电荷 中心正电荷中心+H+HO电介质分为两类
2、:有极分子电介质和无极分子电 介质。 方向：由负电荷中心指向正 电荷中心。上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出OH H无极分子：分子的正电荷中 心与负电荷中心重合。等效 电偶极矩为零。如氦、氮、 甲烷的分子。水、氨、一氧化碳、氯化氢等分子即为有极分子。HClHClHHHN有极分子电介质可看作大量电偶极子的聚集体，电 偶极子方向杂乱无章的排列，所有电偶极子矢量和 为零，电介质呈电中性。HeH HHCHCH4上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出* *二二 电介质的极化电介质的极化1.无极分子电介质的位移极化加上外电场后，在电场作用下无极分子电介质分 子正负电荷中心不再重合，发生相对
3、移动,出现分子 电矩。对均匀电介质，和电场方向垂直的两个面将分 别出现正负电荷，这些电荷不能离开电介质，也不能 在电介质中自由移动，称为束缚电荷或极化电荷。这 种在外电场作用下在电介质中出现极化电荷的现象叫 做电介质的极化。无极分子的极化在于正负电荷中心 的相对位移，称为位移极化。上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出无外电场时加上外电场后极化电荷极化电荷+上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出2.有极分子的取向极化无外电场时，有极分子电矩取向不同，整个 介质不带电。在外电场中有极分子的固有电矩要受到一个力 矩作用，电矩方向转向和外电场方
4、向趋于一致,这 种极化称有极分子的取向极化。+ +无外电场时电矩取向不同上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出+两端面出现极化电荷层转向外电场加上外场上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出单位体积内分子电矩的矢量和称为该点的电极 化矢量，用 表示三、三、 电极化强度电极化强度单位：上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出+-四、四、电极化强度与电极化强度与极化极化电荷的关系电荷的关系极化电荷是电介质极化产生的，对于均匀电介 质，极化电荷只集中在表面层或两种不同的界面 层里。电介质的极化强度必然和极化电荷之间存 在联系。设有一厚为l 、
5、表面积 为S的均匀电介质薄片 放置在均匀电场E中。 薄片总的电偶极矩是电 极化强度的大小与薄片 体积的乘积，即上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出因此，电介质薄片表面的极化电荷面密度就等于电 极化强度的大小：上一结果假定了薄片表面与 垂直，一般情况下， 设 为薄片表面单位法向矢量，则这相当于薄片表面的极化电荷 与薄片两表面分开距 离 的乘积。即介质极化所产生的极化电荷面密度等于电极化强度 沿介质表面外法线的分量。上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出总电场外电场束缚电荷电场电极化强度与总电场的关系电极化率五、介质中的静电场五、介质中的静电场空间任一点总电场由于电介质中，外电场与极
6、化电荷的电场方向相反, 所以电介质中的合场强总小于外场强。服从上式极化规律的电介质叫各向同性线性电介质。上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出电介质内电场两“无限大”极板间充有电极 化率为 均匀电介质。 极板上自由电荷面密度为 ，介质表面极化电荷面密度为 ，两板间电势差+所以上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出充满电介质时的电容为电介质内部场强减弱为外场的1/r，这一结论并不普遍成立，但是场强减弱却是比较普遍的。电介质的介电常量或电容率又比较可得相对介 电常量自由电荷和极化电荷激发的静电场特性相同，因而 有电介质存在时，电场强度环路定理仍成立，即，这里的场强是介质中的合场强上页
7、下页 返回 退出上页 下页 返回 退出取球心O为原点，取与 平行的直径为球心轴线，由于轴 对称性，表面上任意点 的极 化电荷面密度 只和 角有关 ( 是 点 矢量和外法 线间 的夹角) + +例题7-28半径R 的介质球被均匀极化，极化强度为 。求：(1) 介质球表面上的极化面电荷的分布；(2) 极化 面电荷在球心处激发的电场强度。（3）若该介质是放 在均匀的外电场中，求电介质球内的电场强度。 解：（1) 球面上任一点上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出+ +（2） 在球面上取环带左半球面上右半球面上E 沿x轴负方向。在球心处的场上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出介质球放入前
8、电 场为一均匀场极化电荷的电场上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出介质球放入后电场线发生弯曲+ +上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出介质球内的场强已 经在例题题中求出为与方向相反+ +靠近球的外部空间，上下区域 ，合场强减弱；左右区域，合 场强增强。故上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出* *六、铁电体六、铁电体 压电体压电体 永电体永电体铁电体铁电性： 电极化规律具有复杂的非线性，并且撤 去外场后能保留剩余极化，这种性质叫 铁电性。铁电体：具有铁电性的电介质，如钛酸钡陶瓷、酒 石酸钾钠单晶。上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出电滞现象与电滞回线（以钛酸钡为例
9、题）温度较高时，电极 化强度与电场强度 成正比。温度较低时，电极化强度与 电场强度不成正比，而是滞 后于电场强度的变化，形成 电滞回线。上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出压电体某些离子型晶体的电介质，由于结晶点 阵的有规则分布，当发生机械变形时， 能产生电极化现象，称为压电现象。压电现象：电致伸缩：晶体在带电或处于电场中时，其大小发 生变化，即伸长或缩短，是压电现象的 逆现象。压电现象和电致伸缩的应用：压电现象可用来变机械振动为电振荡，电致伸缩可变电振荡为机械振动。上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出永电体（驻极体）永电体：外界条件撤去后，能长期保留其极化状态，且不受外电场的影响的一类电介质。永电体的制备方法：热驻极法、电驻极法、光和磁驻极法等永电体的应用：永电体换能器（传感器）。上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出选择进入下一节 7-0 教学基本要求 7-1 物质的电结构 库仑定律 7-2 静电场 电场强度 7-3 静电场的高斯定律 7-4 静电场的环路定律 电势 7-5 电场强度与电势梯度的关系 7-6 静电场中的导体 7-7 电容器的电容 7-8 静电场中的电介质 7-9 有电介质时的高斯定律 电位移 7-10 静电场的能量
