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1、第第3 3讲讲 静电场中的电介质静电场中的电介质第十章第十章 静电场中的导体和电介质静电场中的导体和电介质一一 电介质（绝缘体）电介质（绝缘体） 电介质分子中的电子被原子核束缚很紧，一般不电介质分子中的电子被原子核束缚很紧，一般不发生宏观运动；几乎无自由电荷。发生宏观运动；几乎无自由电荷。无极无极分子电介质：（氢、甲烷、石蜡等）分子电介质：（氢、甲烷、石蜡等）有极有极分子电介质：（水、有机玻璃等）分子电介质：（水、有机玻璃等） 注意注意（1 1）两种电介质的微观极化机理显然不同，但是宏观结果）两种电介质的微观极化机理显然不同，但是宏观结果 却是一致的（却是一致的（极化电荷极化电荷），故在宏观讨
2、论时不必区分），故在宏观讨论时不必区分 两者。两者。（2 2）电介质极化与导体静电感应的本质区别电介质极化与导体静电感应的本质区别 极化产生极化电荷，静电感应产生自由电荷；极化产生极化电荷，静电感应产生自由电荷； 静电平衡时，导体内场强处处为零，但电介质内场强虽有削静电平衡时，导体内场强处处为零，但电介质内场强虽有削 弱，但不为零。弱，但不为零。 + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - -相对相对电容率电容率电容率电容率+ + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - -二二 电介质中的电场强度电介质中的电场强度 极
3、化电荷与自由电荷的关系极化电荷与自由电荷的关系+ + + + + + - - - - - - + + + + + + + + + + +- - - - - - - - - - -电位移矢量电位移矢量（均匀各向同性介质）（均匀各向同性介质）+ + + + + + - - - - - - + + + + + + + + + + +- - - - - - - - - - -电容率电容率 电位移通量电位移通量电介质中的高斯定理：电介质中的高斯定理：任何电场中，通过任意一个闭任何电场中，通过任意一个闭合曲面的电位移通量等于该面所包围的自由电荷的代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。数和。
4、1 1）高斯面上的任何一点的高斯面上的任何一点的 由空间中所有的自由电由空间中所有的自由电 荷产生。荷产生。 2 2） 是同时综合了电场和电介质性质的物理量。是同时综合了电场和电介质性质的物理量。3 3）上式只适用于各项同性的均匀电介质上式只适用于各项同性的均匀电介质静电场的能量静电场的能量-电容器电容器 电容的大小仅与导体的电容的大小仅与导体的形状形状、相对位置相对位置、其间的、其间的电电介质介质有关有关. . 与所带电荷量与所带电荷量无关无关. . 常见电容器常见电容器电容单位：电容单位： AB+ + + +-（2）两带电平板间的电场强度两带电平板间的电场强度（1）设设两导体板分别带电两导
5、体板分别带电（3）两带电平板间的电势差两带电平板间的电势差（4）平板电容器电容平板电容器电容 例例1 平板电容器平板电容器. 如图所示，平板电容器由两个彼如图所示，平板电容器由两个彼此靠得很近的平行极板此靠得很近的平行极板A、B 所组成，两极板的面积均所组成，两极板的面积均为为S，两极板间距为，两极板间距为d。极板间充满相对电容率为。极板间充满相对电容率为 的的电介质。求此平板电容器的电容电介质。求此平板电容器的电容.*例例 2球形电容器球形电容器. 球形电容器是由半径分别为球形电容器是由半径分别为 和和 的两同心金属球壳所组成，两球壳间的两同心金属球壳所组成，两球壳间充以相对电充以相对电容率
6、为容率为 的电介质的电介质. 外球带负电（外球带负电（ ）解解设内球带正电（设内球带正电（ ）*三三 电容器的串联和并联电容器的串联和并联电容器的并联电容器的并联电容器的串联电容器的串联两电容电位差相同两电容电位差相同两电容所带电荷相同两电容所带电荷相同+ + + + + + + + +- - - - - - - - -静电场的能量静电场的能量-电容器的电能电容器的电能+电容器贮存的电能电容器贮存的电能（任何形状电容器）（任何形状电容器）二二 静电场的能量静电场的能量 能量密度能量密度物理意义物理意义电场是一种物质，它具有能量电场是一种物质，它具有能量. .电场空间所存储的能量电场空间所存储的
7、能量 电场能量密度电场能量密度例例 如图所示如图所示, , 球形电容器的内、外半径分别为球形电容器的内、外半径分别为 和和 ，所带电荷为，所带电荷为 若在两球壳间充以电容率若在两球壳间充以电容率为为 的电介质，问此电容器贮存的电场能量为多少？的电介质，问此电容器贮存的电场能量为多少？解解（球形电容器电容）（球形电容器电容）讨讨 论论（1）（2）（孤立导体球贮存的能量）（孤立导体球贮存的能量） 静电场中的静电场中的介质介质1. 介质中的场强介质中的场强2. 有介质时的高斯定理有介质时的高斯定理注意注意对均匀的各向同性电介质对均匀的各向同性电介质 电位移矢量电位移矢量 高斯定理高斯定理第九章第九章 静电场中的电介质静电场中的电介质 小结小结 电场空间所存储的能量电场空间所存储的能量 静电场的能量静电场的能量 电容器储存的电能电容器储存的电能其中，电场能量密度其中，电场能量密度第九章第九章 静电场中的电介质静电场中的电介质 小结小结
