2.2電介質的極化第二章靜電場中的導體和電介質一、電介質的分子二、電介質的極化2.1電介質對電場的影響1.3電容和電容器一、電容二、電容器1平行板電容器2球形電容器3圓柱形電容器三、電介質對電容的影響、耐壓問題作業：2-11、2-14，2-17§2靜電場中的電介質2.3電極化強度和極化電荷的關系11.3電容器和電容一、電容定義：升高單位電壓所需的電量為該導體的電容。單位：[庫侖/伏特]稱作法拉或記為[C/V]。孤立導體的電容與導體的形狀有關，與其帶電量和電位無關。水容器的容量孤立導體是指附近無其它帶電體或導體。若有，也足夠遠，忽略影響微法微微法2二、電容器的電容：1平行板電容器平行板電容器間無電介質時：若兩個導體分別帶有等量異號的電荷q，周圍沒有其它導體帶電；其間電位差UAB，它們組成電容器的電容：通常采用靜電屏蔽或使場集中從而不受外界干擾。3特別是當這就是孤立導體球的電容。53

圓柱形電容器（同軸電纜）兩個長為L

的圓柱體，圓柱面上帶有等量異號的電荷，其間距離R2R1<<L，線電荷密度為。解:6三、電介質對電容的影響、耐壓問題實驗證明：當電容器充滿某種均勻介質時，電容器的電容將增大。如果真空中電容器用C0表示，充滿介質后電容用C表示，實驗表明其比值叫做電介質的相對電容率，是個純數，它只與電介質的性質有關。平行板電容器間有電介質時，它的電容變為：叫做電介質的電容率或稱為介電常量。7四、電容器的串聯和并聯并聯電容器的電容等效令9?串聯電容器的電容等效令10并聯電容器的電容等于各個電容器電容的和。串聯電容器總電容的倒數等于各串聯電容倒數之和。當電容器的耐壓能力不被滿足時，常用串并聯使用來改善。如串聯使用可用在稍高的電壓中，從而提高耐壓能力。并聯使用可以提高容量。電介質的絕緣性能遭到破壞，稱為擊穿(breakdown)，有介質后電容增大所能承受的不被擊穿的最大場強叫做擊穿場強

(breakdownfieldstrength)，或介電強度

(dielectricstrength)。112.1電介質對電場的影響電介質在外電場中電介質要受到電場的影響，同時也影響外電場。本章只限于討論各向同性的均勻的電介質。是由大量電中性的分子組成的絕緣體。緊束縛的正負電荷在外場中要發生變化。以平行板電容器有電介質與無電介質時，極板上電壓的變化為例說明.13插入電介質前后兩極板間的電壓分別用U0、U表示，它們的關系：+Q–Q+Q–Q靜電計測電壓是一個大于1

的常數，其大小隨電介質的種類和狀態的不同而不同，是電介質的特征常數稱為電介質的相對介電常數空氣的相對介電常數1.00059(0oC，1atm）14上述實驗表明：插入電介質后兩極板間電壓減少，說明其間電場減弱了。電容增大了。電場減弱的原因可用電介質與外電場的相互影響，從微觀結構上來解釋。15①無極分子（Nonpolarmolecule）在無外場作用下整個分子無電矩。例如，CO2,H2,N2,

O2,

He②有極分子（Polarmolecule）在無外場作用下存在固有電矩例如，H2O,HCl,CO,SO2

因無序排列對外不呈現電性。一、電介質的分子電子云的正電中心17位移極化取向極化①位移極化

Displacementpolarization

主要是電子發生位移二、電介質的極化：Polarization②取向極化Orientationpolarization

由于熱運動這種取向只能是部分的，遵守統計規律。18l在外電場中的電介質分子無極分子只有位移極化，感生電矩的方向沿外場方向。無外場下，所具有的電偶極矩稱為固有電偶極矩。在外電場中產生感應電偶極矩。有極分子有上述兩種極化機制,取向極化是主要的,較位移極化約大一個數量級；而在高頻下只有位移極化。192.3電極化強度（Polarization）和極化電荷的關系在宏觀上測量到的是大量分子電偶極矩的統計平均值。為了描述電介質在外場中的行為引入一個物理量：其中是第i個分子的電偶極矩單位是[庫侖/米2]、[C/m2].一、電極化強度矢量以下將電極化強度矢量簡稱為極化強度.束縛電荷就是指極化電荷.21二、極化（束縛）電荷與極化強度的關系可證明對于均勻電介質，極化電荷集中在它的表面。電介質產生的一切宏觀效果都是通過未抵消的束縛電荷來體現。在介質中引入極化強度力線來描述它在外場中的極化。沿著此曲線取一長度為dl在其內部極化可視為是均勻的.與垂直于此曲線的橫截面dS組成一個小圓柱體，因而該體元具有電偶極矩，根據定義它可視為兩端具有電荷的偶極矩22如果在電介質內任選一面的法線與成角則表明：任選一面上束縛電荷面密度等于極化強度矢量在該面法線方向上的分量從另一方面看23在任一曲面內極化電荷的負值等于極化強度的通量。25●退極化場電介質在外場中的性質相當于在真空中有適當的束縛電荷體密度分布在其內部。因此可用和的分布來代替電介質產生的電場。在外電場中，介質極化產生的束縛電荷，在其周圍無論介質內部還是外部都產生附加電場稱為退極化場。任一點的總場強為：+Q–Q退極化場26第二章靜電場中的導體和電介質2.1電介質對電場的影響1.3電容和電容器一、電容二