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1、一、电介质的极化三、存在电介质时的Gauss定理和环路定理四、电介质存在时静电场的分析与计算二、电极化强度本讲主要内容：静电场平板电容器电压变小电子被束缚如何行动？状态是什么 ？电介质极化电介质电介质本讲只限于讨论各向同性的均匀的电介质。导体中含有许多可以自由移动的电子或离子。然而也 有一类物质电子被束缚在自身所属的原子核周围或夹 在原子核中间，这些电子可以相互交换位置，多少活 动一些，但是不能到处移动，这就是非导体或绝缘体 。绝缘体不能导电，但电场可以在其中存在，并且在 电学中起着重要的作用.从电场这一角度看,特别地把绝缘体叫做电介质.从它们在电场中的行为看：位移极化和取向极化.从电学性质看
2、电介质的分子可分为两类：无极分子;有极分子.一、电介质的极化电子云原子核He无极分子&有极分子和无极分子电介质1.无极分子( nonpolar molecule) 在无外场作用下整个分子无电矩.例如CO2 H2 N2 O2 He2.有极分子( polar molecule) 在无外场作用下存在固有电矩.例如H2O Hcl CO SO2 因无序排列对外不呈现电性.O HHH2O有极分子1.位移极化 displacement polarization 2.取向极化 orientation polarization &电介质极化微观机理无极分子只有位移极化，感生电矩的方向沿外场方向.无外场下，所具有
3、的电偶极矩称为固有电偶极矩.在外电场中产生感应电偶极矩(约是前者的10-5).有极分子具有上述两种极化机制.在高频下只有位移 极化。均匀介质极化的结果-表面产生极化面电荷产生退极化场。平 板电容器电压变小（1）均匀电介质在电场中，表面出现极化电荷。 电介质的极化结果：极化电荷：不可分离出来-束缚电荷。（2）均匀电介质在电场中，电介质内部产生退极化场。 注意：请将这个结果与导体与静电场相互作用的 结果类比。在外电场中，均匀介质内部各处仍呈电中性，但在介质表面要出现电荷，这种电荷不能离开电介质到 其它带电体，也不能在电介质内部自由移动。 称它为束缚电荷或极化电荷.二、极化电荷与电极化强度在外电场中
4、,出现束缚电荷的现象叫做电介质的极化。polarization charge or bound charge1.极化电荷它不象导体中的自由电荷能用传导方法将其引走.介质分子电偶极矩 的矢量和 在极化后将不为零. 介质单位体积的总电偶极 矩矢量称为电极化强度。 2.电极化强度定义单位是库仑/米2、C/m2.电极化强度矢量简称为极化强度。在宏观上测量到的是大量分子电偶极矩的统计平均值， 为了描述电介质在外场中的行为引入一个物理量：各向同性线性电介质 isotropy linearity各向异性线性电介质 anisotropy r介质的相对介电常数与无关。与、与晶轴的方位有关r 铁电体 ferroe
5、lectrics与 间非线性，没有单值关系 。3. 电介质的极化规律在S 所围的体积内的极化电荷与极化强度的关系电介质表面极化电荷面密度与极化强度的关系4. 极化强度与极化电荷的关系介质外法线方向对于均匀的电介质,极化电荷集中在其表面。电介质 产生的一切宏观效果都是通过未抵消的束缚电荷来 体现.下面直接给出束缚电荷分布与极化强度的关系 ：表明：在电介质表面任选一面dS上束缚电荷面密度 等于极化强度矢量在该面法线方向上的分量. 在任一曲面内极化电荷的负值等于极化强度的通量。由高斯定理导 体电介质取Gauss 面S三.存在电介质时的Gauss定理电场E各向同性线性介质：引入电位移量:得有介质时的高
6、斯定理:导 体电介质有介质时的高斯定理:讨论：2.真空中的高斯定理是r=1 时的特例。3. 是场量； 是辅助量1.介质中的高斯定理普遍成立于一切电磁场中实用价值理论价值对比电场线： 始于一切正电荷（或无穷远） 止于一切负电荷（或无穷远） 始于正自由电荷（或无穷远）止于负自由电荷（或无穷远） 是普适的各向同性线性介质：4.电位移线：三者的关系:5.S2S1 S例：平板电容器两板 带等量异号电,+0,-0, 插入一均匀电介质r , 求电容器中的电场和 极板间电压？解：电场，电位移都具有面对称性：取Gauss 面平板电容器电压变小了 !自由电荷分布对称情况下求D电介质均匀线性情况下求E=D/四、电介
7、质存在时静电场的分析与计算例:一个金属球半径为R,带电量q0，放在均匀的 介电常数为 电介质中,求任一点场强？解：导体内场强为零.q0均匀分布球表面上，球外的场具有球对称性先求先求D D，再求再求E E！Rq0Gauss面上例也说明当均匀电介质充满电场的全部空间时， 或当均匀电介质的表面恰好是等势面时，有：注意这几个式子的适用范围：12S1S S2 2D相同！电位移线连续！E不相同！电场线连续 ！例：平板电容器两带等量异号电,+0,-0插入两块均匀电 介质1 , 2 求电容器中的电场极板间电压？解：作Gauss面S1作Gauss面S2左右两板间的电 压是相等的。D不相同！例：平板电容器两带等量异号电,+0,-0插入半块均匀 电介质，求极板上自由电荷面密度？解：E相同！一.电介质的极化三.存在电介质时的Gauss定理四、电介质存在时静电场的分析与计算二.电极化强度总结：均匀电介质在电场中，表面出现极化电荷。 介质单位体积的总电偶极矩矢量称为电极化强度 . 分析对称求D 均匀介质E=D/
