电介质与电场能量.ppt

7 静电场中的电介质（绝缘体）,7 静电场中的电介质,一.电介质的极化及其描述,2.极化现象,外场中(位移极化),有极分子电介质,位移极化和转向极化微观机制不同，宏观效果相同。,实例：均匀介质球在均匀外场中的极化,极化电荷的附加电场：非均匀场，在介质球内与外场反向。,总电场：在介质球外可能与外场同向或反向。在介质球内削弱外场。,3.金属导体和电介质比较,4.极化现象的描述,1)从分子偶极矩角度,单位体积内分子偶极矩矢量和 极化强度。,由介质的性质决定，与E无关。在各向同性均匀介质中为常数。,2）从束缚电荷角度,作如图斜圆柱：底面平行于介质表面；母线平行于外电场，长度为分子正、负电荷中心距离。,电介质表面出现厚度l的束缚电荷层,求移过面元dS的电量，即如图斜圆柱内的束缚电荷电量dq,作如图斜圆柱,极化面电荷密度等于极化强度的外法线分量,介质非均匀极化时，出现极化体电荷,移过面元dS的电量,极化强度通过某封闭曲面的通量等于曲面内极化电荷代数和的负值,移出封闭曲面S的电量;,二.电介质中的电场,2.介质中的高斯定理,定义：电位移矢量,1.总场=外场+极化电荷附加电场,回到：,3.如何求解介质中电场？,(1)各向同性电介质：,为常数,得,才能选取到恰当高斯面使 积分能求出.,(2)分别具有某些对称性,注意：的对称性 球对称、轴对称、面对称.,解：介质分界面 等势面，未破坏各部分的面对称性，选底面与带电平板平行的 圆柱面为高斯面。,由高斯定理,选底面与带电平板平行的 圆柱面为高斯面。,同理：,电量不变：,又：,解得：,比较：,一.电容的计算,孤立导体电容 取决于本身形状，大小与其是否带电无关。,8 电容 电容器,例2 推求圆柱型电容器，平行板电容器，球形电容器 公式，并总结求电容器电容的一般方法。,得：,由电容定义：,电容器两极板间电势差：,自学：,总结：求电容器电容的一般方法,练习:求两平行长直导线单位长度间的电容（导线半径a，轴线间距离d）,解：设单位长度带电,三.电容器的串并联,不变,9 静电场的能量,一.电容器的能量,电容器（储能元件）储能多少？,储能=过程中反抗电场力的功。,计算：,二.电场能量,1.电场能量密度,以平行板电容器为例,2.电场能量,例：用能量法推导球形电容器(R1,R2,r)电容公式,取同心球壳为积分元,电容器储能变化：,极板电量变化:,有电荷回流电源，电源做功：,由功能原理：,2）.断开电源 极板电量Q不变，电源不做功.,电容器储能变化,由功能原理,思考（）,E，,U，,D,