第四章-1 电介质材料 (基础知识)
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第四章 电磁介质第一节 电介质一、电介质—绝缘介质1.电介质内没有可以自由移动的电荷 在电场作用下,电介质中的电荷只能在 分子范围内移动。
2.分子电矩·分子—电偶极子(模型)分子的正负电中心相对错开。
·分子电矩二、电介质的极化1.极性电介质的极化p 分+- 电介质分子(1) 极性分子·正常情况下,内部电荷分布不对称, 正负电中心已错开,有固有电矩p 分, ·极性分子:如HCl 、H 2O 、CO 等。
(2)无外电场时·每个分子p 分 ≠ 0·由于热运动,各p 分取向混乱·小体积∆V (宏观小、微观大,内有大量 分子)内 ∑ p 分= 0(3)有外电场时·各 p 分向电场方向取向(由于热运动,取向 并非完全一致)外有外电场 无外电场分 ·且外电场越强 ⇒ | ∑ p 分| 越大·这种极化称取向极化2.非极性电介质的极化(1)非极性分子·正常情况下电荷分布对称,正负电中心重 合,无固有电矩。
·非极性分子:如He 、 H 2、 N 2、 O 2、 CO 2等。
(2)无外电场时·每个分子 p 分 = 0·∆V 内∑ p 分 = 0 (3)有外电场时·正负电中心产生相对位移,p 分(称感应电矩) ≠ 0E 外分 ·且外电场越强 ⇒ | ∑ p 分| 越大·这种极化称位移极化三、电极化强度1.电极化强度·为描写电介质极化的强弱,引入电极化强度矢量。
·定义:单位体积内分子电矩的矢量和或·P 是位置的函数·单位: C/m 2·对非极性电介质,因各p 分相同,有 P = n p 分n ---单位体积内的分子数·综上,对极性、非极性电介质都有 无外电场时, P = 0 有外电场时,P ≠ 0且电场越强 ⇒ | P | 越大2.电极化强度和场强的关系·由实验,对各向同性电介质,当电介质中 电场E 不太强时,有·χe :电极化率(χe ≥ 0),决定于电介质性质。
大学物理复习第四章知识点总结大学物理复习第四章知识点总结一.静电场:1.真空中的静电场库仑定律→电场强度→电场线→电通量→真空中的高斯定理qq⑴库仑定律公式:Fk122err适用范围:真空中静止的两个点电荷F⑵电场强度定义式:Eqo⑶电场线:是引入描述电场强度分布的曲线。
曲线上任一点的切线方向表示该点的场强方向,曲线疏密表示场强的大小。
静电场电场线性质:电场线起于正电荷或无穷远,止于负电荷或无穷远,不闭合,在没有电荷的地方不中断,任意两条电场线不相交。
⑷电通量:通过任一闭合曲面S的电通量为eSdS方向为外法线方向1EdS⑸真空中的高斯定理:eSoEdSqi1int只能适用于高度对称性的问题:球对称、轴对称、面对称应用举例:球对称:0均匀带电的球面EQ4r20(rR)(rR)均匀带电的球体Qr40R3EQ240r(rR)(rR)轴对称:无限长均匀带电线E2or0(rR)无限长均匀带电圆柱面E(rR)20r面对称:无限大均匀带电平面EE⑹安培环路定理:dl0l2o★重点:电场强度、电势的计算电场强度的计算方法:①点电荷场强公式+场强叠加原理②高斯定理电势的计算方法:①电势的定义式②点电荷电势公式+电势叠加原理电势的定义式:UAAPEdl(UP0)B电势差的定义式:UABUAUBA电势能:WpqoPP0EdlEdl(WP00)2.有导体存在时的静电场导体静电平衡条件→导体静电平衡时电荷分布→空腔导体静电平衡时电荷分布⑴导体静电平衡条件:Ⅰ.导体内部处处场强为零,即为等势体。
Ⅱ.导体表面紧邻处的电场强度垂直于导体表面,即导体表面是等势面⑵导体静电平衡时电荷分布:在导体的表面⑶空腔导体静电平衡时电荷分布:Ⅰ.空腔无电荷时的分布:只分布在导体外表面上。
Ⅱ.空腔有电荷时的分布(空腔本身不带电,内部放一个带电量为q的点电荷):静电平衡时,空腔内表面带-q电荷,空腔外表面带+q。
3.有电介质存在时的静电场⑴电场中放入相对介电常量为r电介质,电介质中的场强为:E⑵有电介质存在时的高斯定理:SDdSq0,intE0r各项同性的均匀介质D0rE⑶电容器内充满相对介电常量为r的电介质后,电容为CrC0★重点:静电场的能量计算①电容:②孤立导体的电容C4R电容器的电容公式C0QQUUU举例:平行板电容器C圆柱形电容器C4oR1R2os球形电容器CR2R1d2oLR2ln()R1Q211QUC(U)2③电容器储能公式We2C22④静电场的能量公式WewedVE2dVVV12二.静磁场:1.真空中的静磁场磁感应强度→磁感应线→磁通量→磁场的高斯定理⑴磁感应强度:大小BF方向:小磁针的N极指向的方向qvsin⑵磁感应线:是引入描述磁感应强度分布的曲线。
第一章电介质基本物理知识电介质(或称绝缘介质)在电场作用下的物理现象主要有极化、电导、损耗和击穿。
在工程上所用的电介质分为气体、液体和固体三类。
目前,对这些电介质物理过程的阐述,以气体介质居多,液体和固体介质仅有一些基本理论,还有不少问题难以给出量的分析,这样就在很大程度上要依靠试验结果和工作经验来进行解释和判断。
第一节电介质的极化一、极化的含义电介质的分子结构可分为中性、弱极性和极性的,但从宏观来看都是不呈现极性的。
当把电介质放在电场中,电介质就要极化,其极化形式大体可分为两种类型:第一种类型的极化为立即瞬态过程,极化的建立及消失都以热能的形式在介质中消耗而缓慢进行,这种方式称为松弛极化。
电子和离子极化属于第一种,为完全弹性方式,其余的属于松弛极化型。
(一)电子极化电子极化存在于一切气体,液体和固体介质中,形成极化所需的时间极短,约为1015 s。
它与频率无关,受湿度影响小,具有弹性,这种极化无能量损失。
(二)原子或离子的位移极化当无电场作用时,中性分子的正、负电荷作用中心重合,将它放在电场中时,其正负电荷作用中心就分离,形成带有正负极性的偶极子。
离子式结构的电介质(如玻璃、云母等),在电场作用下,其正负离子被拉开,从而使正负电荷作用中心分离,使分子呈现极性,形成偶极子,形成正负电荷距离。
原子中的电子和原子核之间,或正离子和负离子之间,彼此都是紧密联系的。
因此在电场作用下,电子或离子所产生的位移是有限的,且随电场强度增强而增大,电场以清失,它们立即就像弹簧以样很快复原,所以通称弹性极化,其特点是无能量损耗,极化时间约为1013-s。
(三)偶极子转向极化电介质含有固有的极性分子,它们本来就是带有极性的偶极子,它的正负电荷作用中心不重合。
当无电场作用时,它们的分布是混乱的,宏观的看,电介质不呈现极性。
在电场作用下,这些偶极子顺电场方向扭转(分子间联系比较紧密的),或顺电场排列(分子间联系比较松散的)。
电介质物理基础知识电介质物理啊,这可是个很有趣的领域呢。
咱们就从最基本的说起吧。
电介质啊,就好比是一群很守规矩的小居民。
在普通的物质里,它们可不像那些调皮捣蛋的自由电子到处乱跑。
电介质里的电子啊,就像是被家长管得很严的小孩子,只能在自己的小范围内活动。
你想啊,要是把物质比作一个大社区,导体里的电子就像是那些满大街乱窜的小毛孩,而电介质里的电子呢,就乖乖地待在自己的小院子里。
那电介质的极化又是怎么回事呢?这就像是一群本来站得比较松散的小居民,突然来了一个指挥官(外电场)。
这个指挥官一出现,小居民们就开始按照一定的方向排队了。
有的电介质呢,是那种比较听话的,电子云中心和原子核中心稍微错开一点,就像是队伍稍微歪了一点点,这就是电子位移极化。
还有一种呢,就像是一些小家庭(分子)整个地转了个方向,这就是取向极化啦。
你看,这多像我们生活中的场景啊,一群人在某种指挥下改变自己的状态。
介电常数这个概念也很重要哦。
它就像是电介质的一个性格标签。
这个数值越大,就说明这个电介质在电场里的表现越特别。
比如说,空气的介电常数比较小,就像一个比较普通的人,没什么特别的反应。
而水的介电常数比较大,就像是一个特别敏感的人,电场一来,它的反应就比较强烈。
电介质在电容器里可有着大作用呢。
电容器就像是一个小仓库,用来储存电荷。
电介质在这个小仓库里啊,就像是仓库里的隔板。
有了这个隔板啊,电容器就能储存更多的电荷了。
如果没有电介质,就好比这个仓库没有隔板,电荷就会乱跑,能储存的电量就少多了。
再说说电介质的损耗吧。
这就像是电介质在电场里干活,干着干着就有点累了,然后就会消耗一些能量。
有些电介质损耗小,就像那些精力旺盛的小伙子,能长时间在电场里好好工作。
而有些电介质损耗大呢,就像是体弱多病的人,干不了多久就不行了。
电介质的击穿现象可就有点吓人了。
这就好比是电介质在电场的压力下突然崩溃了。
本来好好的,但是电场太强了,就像洪水冲破了堤坝一样,电介质的绝缘性就没了。