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1、1,分子中的正负电荷束缚得很紧，介质内部几乎没有自由电荷。,电介质的特点：,电介质是电阻率很大，导电能力很差的物质，即绝缘体。,一、电介质,2,二、电介质的分类,分子的正、负电荷中心在无外场时重合，不存在固有分子电偶极矩。,1. 无极分子：,分子的正、负电荷中心在无外场时不重合，分子存在固有电偶极矩。,2. 有极分子：,（氢、甲烷、二氧化碳等）,（水、有机玻璃、一氧化碳等）,3,三、电介质的极化,1.无极分子的位移极化,2.有极分子的转向极化,4,四、极化强度,没极化：,极化时：,1.,定义：,实验表明：对于各向同性的均匀电介质，其中任一点处的电极化强度与该点的总场强成正比，方向与总场强同向。
2、,电极化强度 是反映介质极化程度的物理量。,e ：介质的极化率,5,2. 电极化强度与极化电荷的关系：,设在均匀电介质中截取一斜柱体，体积为V。,均匀电介质表面产生的极化电荷面密度等于该处电极化强度沿表面外法线方向的投影。,6,根据电荷守恒定律，闭合面S内净余的极化电荷总量,极化强度P与极化电荷分布之间的普遍关系：在介质中沿任意闭合曲面的极化强度通量等于曲面所包围的体积内极化电荷的负值.,越过整个闭合面S而向外移出的极化电荷总量：,7,五、有介质时的高斯定理,封闭曲面S所包围的自由电荷。,封闭曲面S所包围的极化电荷。,定义电位移矢量：,外电场与附加电场的矢量和,8,介质中的高斯定理： 在静电场
3、中，通过任意封闭曲面的电位移通量等于该曲面所包围的自由电荷的代数和。,9,相对介电常数,或,介电常数,与 的关系,对于各向同性的电介质：,10,3.,电位移矢量 是一个辅助量。描写电场的基本物理量是电场强度 。,说明：,2.,1.,电位移矢量的通量仅与闭合曲面内的自由电荷相关，但电位移矢量本身与空间所有电荷相关，包括自由电荷与极化电荷。,介质中的高斯定理包含了真空中的高斯定理。,11,有介质时静电场的计算,1. 根据介质中的高斯定理计算出电位移矢量。,2. 根据电场强度与电位移矢量的关系计算场强。,12,例8-22 图中是由半径为R1的长直圆柱导体和同轴的半径为R2的薄导体圆筒组成，其间充以相
4、对电容率为r的电介质. 设直导体和圆筒单位长度上的电荷分别为+和- . 求(1)电介质中的电场强度、电位移和极化强度； (2)电介质内外表面的极化电荷面密度.,13,解 (1),14,(2),15,一、孤立导体的电容,反映导体具有储存电荷和电能的能力,电容：孤立导体所带电荷量q与其电势U的比值。,单位：法拉（F= CV-1 ）,孤立导体球电势：,仅取决于导体的几何形状和大小，与导体是否带电无关。,16,二、电容器的电容,电容器就是由彼此绝缘相距很近的两导体组合而成。两导体称为电容器的极板。,比值 C 与 q 无关，由板的形状、大小、相对位置及介质环境决定，叫做电容器的电容。,非孤立的带电导体会
5、与周围的其他带电体相互影响，因此，需要静电屏蔽。,17,三、电容器电容的计算,1.平板电容器,18,2. 球形电容器,19,3. 圆柱形电容器,由高斯定理计算得：,20,计算电容器电容的步骤：,1. 计算极板间的场强E,2. 计算极板间的电势差,3. 由电容器电容定义计算C,21,1.电容器的串联,设各电容器带电量为q,等效电容：,四、电容器的联接,22,2. 电容器的并联,总电荷量 ：,等效电容：,并联电容器的等效电容等于各电容器电容之和。,结论：,23,例8-23 一平行板电容器，中间有两层厚度分别为d1和d2的电介质，它们的相对介电常数分别为r1和r2，极板面积为S。求电容。,解：,24
6、,例8-24 球形电容器由半径为R1的导体球和内半径为R3的导体球壳构成，其间有两层均匀电介质，分界面的半径为R2，相对介电常数分别为r1和r2 。求电容。,R1,R2,R3,r1,r2,解：,25,26,一 电流 电流密度,1.电流,单位: 1A,单位时间内通过某横截面的电量称为电流强度.,习惯上规定正电荷定向运动的方向为电流的方向.,27,2.电流密度,电流密度矢量 的方向沿该点电场E的方向，大小等于通过与该点场强方向垂直的单位面积的电流强度.,单位:安培每平方米(A/m2),28,二 稳恒电场,1.电流的连续性方程,通过某一封闭曲面的电流密度通量为,根据电荷守恒定律，单位时间内从封闭曲面
7、流出的电量（电流）等于该封闭曲面内电荷q的减少率，即,此式即为电流的连续性方程。,29,2.稳恒电流,导体内各处的电流密度不随时间变化的电流称为稳恒电流。,30,3.稳恒电场,在稳恒电流情况下，导体内电荷的分布不随时间改变.不随时间改变的电荷分布产生不随时间改变的电场，这种电场称为稳恒电场.,31,若电流密度在某区间是一个常数，则该区间形成稳恒电场。,稳恒电场不同于静电场,1）这种电场不是静止的电荷产生的，而是在有电荷定向运动的情况下、由稳定分布的电荷产生的。,2）维持这种电场需要能量（提供能量的装置称为电源）。,稳恒电场与静电场类似,同样满足高斯定理与环路定理。静电场中的电势、电压等概念都可
8、应用于稳恒电场。,32,三 电动势,33,非静电力:能把正电荷从电势较低的点(如电源负极板)送到电势较高的点(如电源正极板)的作用力称为非静电力.,电源：提供非静电力的装置.,非静电场场强 : 单位正电荷所受的非静电力.,34,电动势 的定义：把单位正电荷从负极通过电源内部移到正极时，电源中的非静电力所作的功.,自负极经电源内部到正极的方向为电动势的正方向.,35,电源电动势可定义为把单位正电荷绕闭合回路一周时，电源中非静电力所作的功.,36,一、点电荷系的电能,一般带电体的电能：,点电荷的电能：,37,因为,所以,+ + + + + + + + +,- - - - - - - - -,二、电
9、容器的能量,38,三、电场的能量,以平板电容器为例：,39,电场的能量密度：单位体积电场所具有的能量,电场能的计算式：,注意：对于任意电场，上式普遍适用。,结论：电场的能量密度与电场强度的平方成正比,40,例8.25 计算均匀带电球体的静电能.球的半径为R，带电量为Q.为简单起见，设球内、外介质的介电常数均为 .,解 解法一：直接计算定域在电场中的能量.,E沿着球的半径方向，大小为,41,得静电场能量,42,*解法二：当带电球体的半径为r时带有电量,此时带电球体表面电势,这时增加一个厚度为dr的薄带电球壳，带电球增加的电量dq为,43,带电球半径增大dr时，带电球体增加静电能,半径为R的均匀带电球体的静电能,两种解法结果相同.,