电介质的极化和电位移矢量.ppt

电介质的极化 电位移矢量,1.电介质的极化现象,电介质的分子分为无极分子和有极分子。,在电场作用下，介质中无极分子的束缚电荷发生位移，有极分子的固有电偶极矩的取向趋于电场方向，这种现象称为电介质的极化。,无极分子的极化称为位移极化，有极分子的极化称为取向极化。,2.极化强度矢量,极化强度矢量 是描述介质极化程 度的物理量，定义为,分子的平均电偶极矩,的物理意义：单位体积内分子电偶 极矩的矢量和。,极化强度与电场强度有关，其关系一般比较复杂。在线性、各向同性的电介质中，与电场强度成正比，即,电介质的电极化率,由于极化，正、负电荷发生位移，在电介质内部可能出现净余的极化电荷分布，同时在电介质的表面上有面分布的极化电荷。,3.极化电荷,(1)极化电荷体密度,在电介质内任意作一闭合面S，只有电偶极矩穿过S 的分子对 S 内的极化电荷有贡献。由于负电荷位于斜柱体内的电偶极矩才穿过小面元 dS，因此dS对极化电荷的贡献为,S 所围的体积内的极化电荷 为,(2)极化电荷面密度,紧贴电介质表面取如图所示的闭合曲面，则穿过面积元 的极化电荷为,故得到电介质表面的极化电荷面密度为,4.电位移矢量 介质中的高斯定理,介质的极化过程包括两个方面：外加电场的作用使介质极化，产生极化电荷；极化电荷反过来激发电场，两者相互制约，并达到平衡状 态。无论是自由电荷，还是极化电荷，它们都激发电场，服 从同样的库仑定律和高斯定理。,介质中的电场应该是外加电场和极化电荷产生的电场的叠加，应用高斯定理得到：,小结：静电场是有源无旋场，电介质中的基本方程为,引入电位移矢量（单位：C/m2),将极化电荷体密度表达式 代入，有,则有,其积分形式为,（微分形式），,（积分形式）,在这种情况下,其中 称为介质的介电常数，称为介质的相对介电常数（无量纲）。,*介质有多种不同的分类方法，如：,均匀和非均匀介质各向同性和各向异性介质时变和时不变介质,线性和非线性介质确定性和随机介质,5.电介质的本构关系,极化强度 与电场强度 之间的关系由介质的性质决定。对于线性各向同性介质，和 有简单的线性关系,