9-4电介质及其极化

*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,9.4,电介质及其极化,电中性的分子中，带负电的电子,(,或负离子,),与带正电的原子核,(,或正离子,),束缚得很紧，不能自由运动,束缚电荷（,或,极化电荷）。,一、电介质的电结构,电偶极子模型：,每一个分子中的正电荷集中于一点，称为,正电荷重心,；负电荷集中于另一点，称为,负电荷重心,两者构成,电偶极子,1,、,有极分子,(Polar molecule),极性,电介质,例如：,HCl,、,H,2,O,、,CO,、,SO,2,H,2,O,.,.,.,O,H,H,H,O,+,H,+,分子正、负电荷重心不重合,有固有电偶极矩,二、有极分子和无极分子,固有电偶极矩,10,30,Cm,分子,HCl,3.43,H,2,S,5.3,HBr,2.60,SO,2,5.3,HI,1.26,NH,3,5.0,CO,0.40,C,2,H,5,OH,3.66,分子,p,/(10,30,C m),p,/(10,30,C m),H,2,O,6.2,有极分子的电偶极矩,2,、,无极分子,(Nonpolar molecule),例如：,H,2,、,O,2,、,CO,2,、,CH,4,C,H,+,H,+,H,+,H,+,分子正、负电荷重心重合 无固有电偶极,非极性电介质,三、电介质的极化,(Polarization),在外电场作用下，电介质,表面出现正负电荷层的现象,电极化,极化机制,无极分子,位移极化,有极分子,取向极化,1,、无极分子的,位移极化,无外电场：,正负电荷重心重合，介质不带电,加外电场：,产生,感生电偶极矩,主要是电子（云,）,移动,极化的效果：,端面出现极化,电荷,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,极化电荷,极化电荷,2,、,有极分子的,取向极化,无外电场：,固有电,偶极,矩热运动，混乱分布，介质不带电。,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,加外电场：,外场取向与热混乱运动达到平衡。,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,极化的效果：,端面出现,极化电荷,有极分子电介质也存在位移极化，,但取向极化是主要的,，它比位移极化约大一个数量级。,电场频率很高时，分子惯性较大，取向极化跟不上外电场的变化，只有惯性很小的电子才能紧跟高频电场的变化而产生位移极化，,只有电子位移极化机制起作用,。,四、电极化强度,(Polarization intensity,）,表征电介质极化程度,如何表征？,电极化强度,：,电介质中某点附近单位体积内分子电偶极矩的矢量和,单位：,C/m,2,面电荷密度？,V,宏观小、微观大的体积元,极化状态：各分子电偶极矩矢量和不会完全相互抵消。,表征极化程度。,n,单位体积内的分子数,每个分子的正电荷重心相对于其负电荷重心都有一个位移,l,，,各个分子的感应电矩都相同，,电介质的极化强度为,以均匀的位移极化为例：,均匀极化：,电介质各处极化强度,P,大小和方向都相同。,电极化强度,P,总场强,E,e,电极化率（介质性质，与场无关）,介质中的总场强,(,外电场极化电荷电场,),相对介电常数,只讨论各向同性、线性电介质。,五、各向同性、线性电介质的极化规律,方向相同,（,各向同性,）,，,成正比,（,线性,）,分子数密度,面元,外法线,单位矢量,电介质,六、极化电荷,与极化强度的关系,1,、极化电荷面密度,以非极性电介质为例推导,结果也适用于极性电介质,表面,d,S,出现的极化电荷：,极化电荷面密度：,表面该点的电极化强度矢量,表面该点,外法线方向,单位矢量,极化电荷面密度：,当,为锐角时，电介质表面上出现一层正极化电荷。,当,为钝角时，表面上出现一层负极化电荷。,极化电荷面密度，等于,电极化强度法向分量。,极化电荷体密度：,封闭面,S,内的极化电荷：,2,、极化电荷体密度,极化电荷体密度，等于,电极化强度散度负值。,V,Q,介质,内,S,s,【,例,】,已知介质球均匀极化，极化强度为,求,：,、,.,解,：,P,P,均匀极化电介质，体极化电荷密度为零。,