2022-2023学年高二物理竞赛课件:电极化强度(共15张PPT)

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2022-2023学年高二物理竞赛课件:电极化强度(共15张PPT)

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电极化强度
电极化强度
为了描述电介质在外场中的极化状态,引入一个物理量——极化强度矢量。
单位是[库仑/米2]、[C/m2].
电极化强度矢量P 定义为:电介质内某处附近单位体积内分子电偶极矩的矢量和。简称极化强度,即
极化强度矢量反映了电介质极化的强弱和方向,P越大电介质极化越强,它的方向就是外场的方向。
真空中和导体中P = 0
1 极化强度矢量的定义
对任意电介质,外场越强,极化强度越大,极化电荷也越大,且分布在整个介质内,对各向同性(均匀)介质,极化电荷只分布在介质表面。
即均匀电介质的极化强度的大小等于极化电荷的面密度。方向为 n方向 (介质表面法线方向),即E 的方向相同。
极化强度与极化电荷的关系
以平行板电容器中充有各向同性均匀介质为例
P方向为由负极化电荷指向正极化电荷。
电介质内的电场强度
电介质内的总场等于外场与极化电荷产生的附加场的矢量和。
E0 ——由自由电荷产生的外电场;
E ’ ——由极化电荷产生的附加场;
E0与E ’ 反向,起削弱极化的作用,故成为退极化场
当均匀电介质充满(或分区充满)平行板电容器时
即,当均匀电介质充满(或分区充满)场不为0的空间,且分界面为等势面时,介质内各点的场削弱为原场(真空场)的1/εr倍。
介质内E与E0的关系
极化电荷与自由电荷的关系
这就是当均匀电介质充满(或分区充满)场不为0的空间,且分界面为等势面时,极化电荷面密度与自由电荷面密度的关系。
对真空,σ’ = 0,εr = 1;
对导体, σ’ = σ0,εr →∞
P与E的关系
定义电极化率
可见,当均匀电介质充满(或分区充满)场不为0的空间,且分界面为等势面时,极化强度正比于介质内的总场。
以上结论仅实用于电介质在静电场中的极化。
总之,在静电场中,当均匀电介质充满(或分区充满)场不为0的空间,且分界面为等势面时,下列结论成立:
下标0表示真空中的量
过P2点作高斯柱面, 左右底面分别经过导体和P2点。
同理
②.求电容C
例1:将电荷 q 放置于半径为 R 相对电容率为 r 的介质球中心,求:I 区、II区的 D、E、P 及 V。
解:在介质球内、外各作半径为 r 的同心球面高斯面。球面上各点E、D大小相等,具有球对称分布。
S
I区:
II区:
I区:
II区:
例2:平行板电容器极板面积为 S,充满 r1、 r2 两种介质,厚度为 d1 、 d2。 ①.求电容 C; ②.已知板间电压 U,求 0、E、D、P。
解: ①.设电容带电量 q
②.已知 U,求 0、E、D、P。

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