介质和导体
电磁学02静电场中的导体与介质
A q -q
-q+q
UA
q'
4 0 R0
q ' 4 0R1
q q '
4 0 R2
0
可得 q ( q) 1(9略)
例4 接地导体球附近有一点电荷,如图所示。
求:导体上感应电荷的电量
R
解: 接地 即 U0
o
感应电荷分布在表面，
l
q
电量设为:Q’（分布不均匀！）
由导体等势，则内部任一点的电势为0
选择特殊点：球心o计算电势，有：
1) Dds
S
1 (
r
1) q0内
l i mq内
V0V
1 (
r
1) limq0内 V0V
1 (
r
1)0
00 0。 40
[例2] 一无限大各向同性均匀介质平板厚度为 d
表明：腔内的场与腔外(包括壳的外表面)
物理 内涵
的电荷及分布无关。
在腔内 E 腔 外表 E 腔 面外 0带
电 量 的电 体 的
二.腔内有带电体时
q
① 带电量： Q腔内 q （用高斯定理易证）
表面
23
② 腔内的电场： 不为零。
由空腔内状况决定，取决于：
*腔内电量q；
*腔内带电体及腔内壁的 几何因素、介质。
平行放置一无限大的不带电导体平板。
0 1 2 求：导体板两表面的面电荷密度。
E２ • E１ 解: 设导体电荷密度为 1、 2 ，
E0 电荷守恒： 1 + 2 = 0
(1)
导体内场强为零：E0 +E1‐E2 = 0
0 1 2 0 20 20 20
（1）、（2）解得：
06 静电场中的导体和介质
当 r R1 和 r R2 时：
r
q 2 S E dS E 4 r
E
q 4 0 r
2
0
q 4 0 r 2 (r R1 ) E 0( R1 r R2 ) 2 q 4 0 r (r R2 )
6-1
例1: 点电荷 q 处于导体球壳的中心，球壳不带电， 内、外半径分别为 R1 和 R2 ，求这一带电体系产生 的电场和电荷在空间的分布。 电荷只能分布于球壳的内、 外表面，在导体内作一同心 球面高斯面。
当 R1 r R2 和 r R2 时： 当 r R1 时：
E0
r
R2 q S D dS S ( DdS cos 0 ) S DdS D S dS 2 D 4 r q自 q 0( r R1 ) q D 0 r E E q 2 ( R1 r R2 ) 2 4 r 4 0 r r
q2
q q1 S E dS 0
R1 q1
q R2 q
q1 q
0
r
根据电荷守恒定律： q2
q
6-1
例 2: 点电荷 q 处于导体球壳的中心，球壳接地，内 外半径分别为 R1 和 R2 ，求这一带电体系产生的电 场和电荷在空间的分布。
解：电场方向：沿半径向外。 当 R1 r R2 时： E 当 r R1 时：
导体内电场强度 外电场强度 感应电荷电场强度
6-1
二. 导体处于静电平衡时的特征
2）导体内部没有电荷，电荷只能分布于导体 表面。
证明：假设导体内部某点有电荷，在导体内作一 极小高斯面包围该点，则
q S E dS 0
电介质分类
电介质分类
电介质是指电子元件中用来传导电流的物质，它可以是固体、液体或气体。
电介质的分类可以根据其物理性质和电学性质来划分。
一、根据物理性质分类
1、固体介质：固体介质是指以固体形式存在的电介质，它们的电阻率比液体和气体要高，常见的固体介质有金属、石英、玻璃、石墨等。
2、液体介质：液体介质是指以液体形式存在的电介质，它们的电阻率比固体要低，常见的液体介质有水、油、醇类等。
3、气体介质：气体介质是指以气体形式存在的电介质，它们的电阻率比液体和固体要低，常见的气体介质有氧气、氢气、氩气等。
二、根据电学性质分类
1、导体：导体是指具有良好的电导性的电介质，它们的电阻率比绝缘体要低，常见的导体有金属、水、油等。
2、绝缘体：绝缘体是指具有良好的绝缘性的电介质，它们的电阻率比导体要高，常见的绝缘体有石英、玻璃、石墨等。
三、根据电介质的用途分类
1、电气介质：电气介质是指用于传导电流的电介质，它们的电阻率比绝缘体要低，常见的电气介质有金属、水、油等。
2、电磁介质：电磁介质是指用于传导电磁波的电介质，它们的电阻率比电气介质要高，常见的电磁介质有空气、石英、玻璃等。
四、根据电介质的结构分类
1、单相介质：单相介质是指由一种电介质组成的电路，它们的电阻率比多相介质要低，常见的单相介质有金属、水、油等。
2、多相介质：多相介质是指由多种电介质组成的电路，它们的电阻率比单相介质要高，常见的多相介质有空气、石英、玻璃等。
电介质是电子元件中不可缺少的重要组成部分，它们的特性决定了电子元件的性能。
根据电介质的物理性质、电学性质、用途和结构，可以将电介质分为固体介质、液体介质、气体介质、导体、绝。
静电场中的导体与电介质
在静电场中平衡时： 1.内部电场强度不为零；2.电介质表面出现极化电荷
真空中的导体和电介质
P
pi
ΔV
P0eE
01
02
实验证
电 考 真空和P 偶 虑 中电c的介o 导质sS 极 一 P,体ln矩 电 pi， 0介 S 极 2质 l, 化 P 斜 0 . 极度定面 化：义V 圆 和 强：p 2i 电 柱 S 0 ,c荷 L So 体 明 各 性 介l0 ： 向 质的 s密 在 同 中电co s度
此式对其它情况仍然适 用
D
义：电位移矢量D可, 得：D Dd0ESP S
q0
此既电介质中的高斯定理：通过电场中任意闭合曲面的电位移通量， 等于该闭合曲面所包围的自由电荷的代数和。
仿照电场线，用电位移线来描述电位移在空间的分布。但两者有 区别： 电场线起始于正电荷，终止于负电荷（包括极化电荷） 电位移线只起始于自由正电荷，终止于自由负电荷
在国际单位制中，D 的单位是: 库/米2（C/m2)
对各向同性电介质，因
所以 P0 eE
D 0EP 0 ( 1 ) E
式中 ε = ε0εr 叫电介质的介电常数， εr 称电介质的相对介电常数。
引入D,避免了求极化电荷的复杂问题，可使有电介质存在时解题简化。 只要有电介质，均应先求D 再求E 等。
E E0 E E0 与E 方 向 相 反 ：
E
P
E0 // n
E
0 0
0
P cos
P
n
P
e 0E
E
E0
- E
10.4
E0 -
电介
质中0 静电E场0的-基本e
E
说明电介质的电导和导体电导的区别_概述及解释说明
说明电介质的电导和导体电导的区别概述及解释说明1. 引言1.1 概述本文将讨论电介质的电导和导体电导之间的区别，并对其进行解释和说明。
通过对比分析电介质和导体的特点、影响因素以及应用领域，我们可以更好地理解它们在电导方面的不同作用。
1.2 文章结构本文共分为五个部分进行详细论述。
首先是引言，我们将简要介绍文章的背景和目的。
之后，我们将单独探讨电介质的电导和导体的电导，包括定义、特点以及相关机制等内容。
接下来，我们将重点比较两者之间的区别与联系，并通过表征指标和应用场景进行详细分析。
最后，在结论部分总结文章主要亮点，并提出展望建议或观点，进一步探讨理论与实践的结合。
1.3 目的本文旨在深入探讨并明确阐述电介质和导体在电导方面的差异。
通过全面了解它们各自的特性、应用领域以及影响因素，读者将能够更好地理解它们在不同场景下发挥作用并做出适当选择。
此外，本文也希望为相关领域的研究者和工程师提供一些有益的信息和指导。
2. 电介质的电导2.1 定义和特点电介质是一种无法自由移动电荷的物质，其电导是指通过电介质的电流导能力。
与导体相比，电介质的导电能力较弱。
电介质具有以下特点：a) 无法自由移动电荷：在纯净的状态下，电介质中没有自由移动的离子或电子。
b) 高阻抗：相对于导体而言，电介质具有较高阻抗，表现为较低的导电能力。
c) 绝缘性：正由于其高阻抗特性，充当绝缘材料以防止不必要的漏流或短路。
d) 不易引发热量：相对于导体而言，通常情况下，在传输电流时不会引起明显的热量损耗。
2.2 影响因素影响一个特定电介质的导电性能的主要因素有：分子结构、化学成分、温度等。
a) 分子结构：不同分子结构之间存在差异，从而会产生各种不同类型的界面和内部极化现象。
这些极化现象可能会影响到其导体性能。
b) 化学成分：不同的化学成分在电介质内部会形成不同的键合和结构，从而影响到导电能力。
c) 温度：温度对电介质的导体性能有较大影响。
通常情况下，随着温度的升高，电介质的电导率也会增加。
静电场中的导体和电介质
-
目录
静电场中的导体 和电介质
0
静电场中的导体和电介质
静电场中的导体和电介质
静电场是指在没有电流流动的情况下，电荷分布所产生的电场。在静电场中，导体和电介质 是两种不同的物质，它们的特性和作用也不同，本文将探讨导体和电介质在静电场中的性质 和应用 首先，我们需要了解导体和电介质的基本概念。导体是一种具有良好导电性能的物质，常见 的导体包括金属等。导体内的自由电子可以在外加电场的作用下移动，形成电流。而电介质 则是一种不良导电的物质，它的电导率远远低于导体。电介质在外加电场下无法形成连续的 电流，而是通过极化现象来响应电场的作用 在静电场中，导体和电介质的行为有很大的不同。对于导体来说，其特点是在静电平衡状态 下，内部电场为零。这是因为导体内的自由电子能够自由移动，它们会在外加电场的作用下 重新分布，直到达到平衡状态。这种现象被称为电荷运动的屏蔽效应。导体的另一个重要性 质是表面上的电荷分布是均匀的，这也是导体可以用来储存电荷的
与导体不同，电介质在静电场中的响应更加复杂。当外加电场作用于电介质时，电介 质分子会发生极化现象，即分子内部正、负电荷的分离。这种分离会导致电介质内部 产生电位移场，从而相应地改变电场分布。电介质的极化程度可以用极化强度来衡量 ，极化强度与外加电场的强度成正比。除了极化现象，电介质还可能发生击穿现象， 即在电场强度过高时，电介质内部的绝缘失效，导致电流的突然增加
0
静电场中的导体和电介质
导体在静电场中的一个重要应用 是电路中的导线。电路中的导线 由导体制成，它们能够有效地传 导电流。在电力系统中，导体连 接电源和电器设备，将电能传输 到目标地点。此外，在电子设备 制造中，导体用于制作电路板， 连接不同的电子元件，实现电信 号的传输和处理
导体和介质
导体和介质在我们的日常生活中，导体和介质无处不在。
比如说，电线和绝缘材料都是这个大千世界的组成部分。
你可能会想，导体和介质到底有什么不同呢？嘿，今天就让我们一起探讨这个有趣的话题。
一、导体的魅力1.1 导体是什么简单来说，导体就是那些可以很好地传导电流的材料。
比如铜、铝这些金属，都是导体的典型代表。
我们在家里的电器，几乎都少不了这些材料。
想象一下，当你打开灯，电流通过电线，灯泡亮起来，那一瞬间的光芒，就是导体在发挥作用。
1.2 导体的应用导体的应用非常广泛。
你知道吗？从手机到电脑，从家里的电器到工业设备，都离不开导体。
它们像是连接各种设备的桥梁。
没有导体，我们的生活将会变得暗淡无光。
就像缺少了盐的菜肴，怎么可能好吃呢？二、介质的世界2.1 介质是什么介质则是那些不能很好传导电流的材料。
塑料、玻璃和木头都是常见的介质。
它们的作用往往是隔绝电流，保护我们不被电击。
想象一下，当你触碰到电线时，如果电线没有被绝缘材料包裹，那后果可真不堪设想。
2.2 介质的特性介质的特性也各有千秋。
比如，某些介质在高频电场中表现得很好，而另一些在低频电场中则比较有效。
它们就像不同的运动员，在各自擅长的领域中大显身手。
绝缘材料能抵御电流，保护我们；而在某些特殊情况下，它们还可以存储电能。
2.3 介质的应用介质的应用同样不可小觑。
比如，在电力传输中，绝缘材料不仅保护导体，还能提高传输效率。
再看看我们的手机，里面也用到了许多绝缘材料，帮助提高信号质量。
想象一下，没有这些材料，手机的信号质量就会大打折扣，生活也会变得更加不便。
三、导体与介质的关系3.1 互为依存导体和介质的关系就像阴阳，缺一不可。
没有导体，电流就无法流动；没有介质，电流的流动就会带来危险。
它们就像两位舞者，在电力的舞台上相互依偎，共同演绎出美妙的乐章。
3.2 在科学中的应用在科学领域，导体和介质的研究同样重要。
科学家们不断探索更好的导体和介质材料，提升电力传输效率。
导体和介质
1.静电平衡的条件
E内 0
或V c
2.基本性质方程
E
ds
i
qi
S
0
LE dl 0
3.电荷守恒定律
Qi const.
i
例1. 有一外半径R1，内半径为R2的金属球壳。在球壳中 放一半径为R3的金属球，球壳和球均带有电量q=10-8C 的正电荷。问：（1）两球电荷分布。（2）球心的电势。 （3）球壳电势。
E 外
+ + + + +
+ + +
加上外电场后
导体的静电感应过程
E 外
+ + + + + + + + +
加上外电场后
导体的静电感应过程
E 外
+ + + + + +
+ + + +
加上外电场后
导体的静电感应过程
E 外
+ + + + + +
+ + + +
加上外电场后
导体达到静平衡
+
+
+
+
+
E 感
E +
第六章
静电场中的导体和电介质
导体：
能够让电流通过的材料。
导体的分类：
根据导电性不同，可以分为超导体、导体、 半导体、及绝缘体。
• 超导体（superconductor）：指可以在在特定温 度以下，呈现电阻为零的导体
• 导体（conductor）：存在大量可以自由移动的 电荷
电介质和导体的物理特性
电介质和导体的物理特性电介质和导体是电学的基本概念，它们是电路中最重要的两种材料。
电介质和导体各自具有独特的物理特性，它们在电路中的作用也有所不同。
本文将介绍电介质和导体的物理特性及其在电路中的应用。
一、导体导体是一种能够传递电荷的物质。
通常情况下，所有金属都是导体，但并不是所有的导体都是金属。
导体材料最主要的特点是能够将电子传递给其他原子，使其处于高电势状态。
这些高电势原子又可以将电子传递给其他原子，从而使电子在导体内自由流动。
在导体中，电子的运动是自由的，它们可以自由地从一个原子跳跃到另一个原子。
这种自由运动的结果就是导体具有极低的电阻。
因为电子在导体内自由运动，所以导体可以被用作电线和电缆等电路元件。
导体在电路中的应用非常广泛。
电路中的铜线、铝线都是典型的导体。
导体具有良好的电导性，对电路的通电和电流传输起到了重要的作用。
此外，导体还可以作为各种电器设备的连接线路，如电子元器件、家电等。
二、电介质电介质是指那些不能很好地传导电荷的物质，比如空气、玻璃等。
电介质中的电子不能自由地在其中运动，这是由于电介质中的原子束缚电子的力比较大。
当电场通过电介质时，它会把原子拉伸并使电介质中的电子向一个方向暂时借助，从而形成一个致密电荷区，这个区域称为电介质中的电荷分布。
电介质在电路中的应用也有很多，它们主要是用于电容器、绝缘材料等。
电介质本身并不能导电，但在电场的作用下会形成电荷分布，进而形成电容器。
电容器的作用是能够储存电荷，在电路中用来过滤和平滑电压和电流。
电介质也常用作绝缘材料。
绝缘材料的主要作用是隔离电路中的导体，避免电流流失和短路。
电机、变压器、电缆、电线等电器中都需要使用大量绝缘材料。
这些材料不仅需要具备很好的绝缘性能，而且还需要耐高温、耐腐蚀和机械强度等特点，以保障电器设备的正常运行。
三、导体与电介质的对比导体和电介质是两种截然不同的材料，它们在电路中的作用也大相径庭。
导体具有优良的导电性能，它们能够传递电荷并将电压和电流传输到电路中的各个位置。
《导体,电介质》课件
2
电介质的性质
电介质的密度通常比导体大，并且可以在电场中存储电荷。
3
导体和电介质的相互作用
导体和电介质在一定条件下可以互相作用，例如电容器。
导体和电介质的应用
电动机
电容器
电动机利用导体在磁场中的运动 产生动力，如电风扇、电动车等。
电容器是利用导体和电介质的相 互作用存储电荷的装置。
电子器件
导体和电介质在电子器件中有着 广泛的应用，如灯泡、集成电路 等。
导体和电介质的示例
1 导体示例
你身边的许多物品都是导 体，如金属勺子、电线、 手机等。
2 电介质示例
你身边也有很多电介质， 如空气、玻璃、塑料等。
3 导体和电介质的区别
区别导体和电介质的最简 单的方法是看是否能传导 电流。
导体和电介质的实验方法
电导实验
通过电压和电流的关系，测定导体的电导率。
电介质实验
《导体, 电介质》PPT课 件
欢迎来学习导体和电介质，这门课程将会涵盖物理，化学，电ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ和电子等领 域的知识。
导体的介绍
金属导体
金属导体是指具有良好导电性的 金属材料，如铜和银。
非金属导体
非金属导体是指除金属以外的材 料，如石墨、某些半导体等。
导体在自然界中的应用
导体在自然界中有着广泛的应用， 如闪电的传导、大地的导电层等。
电介质的介绍
电介质的定义
电介质是指电场中能够储存电荷的材料，如空气、玻璃等。
电介质的应用
电介质在电力，电子器件，地球物理探测等领域有广泛使用。
导体和电介质的区别
导体和电介质最大的区别是导电性，导体具有良好的导电性，电介质通常没有。
2.3 静电场中的导体与电介质
被积函数 代入原式
r r r r r r P(r ') ∇′ ⋅ P(r ')) 1 P(r ') ⋅∇′ = ∇′ ⋅ − R R R
r r r r P (r ') r 1 ∇′ ⋅ P (r ') ϕ p (r ) = ∇′ ⋅ dV ′ − ∫ dV ′ ∫V ′ V′ 4π ε0 R R
+
+++ +
+
+ + +
感应电荷
CQU
+ + + +
+ + + +
+ + + +
v E0
CQU
v E0
v E=0
v＇ E
+ + + + + + + +
v E0
v v v＇ E = E0 + E = 0
导体内电场强度 外电场强度 感应电荷电场强度
CQU
静电平衡条件: 静电平衡条件 （1）导体内部任何一点处的电场强度为零； ）导体内部任何一点处的电场强度为零； 都与导体表面垂直; （2）导体表面处的电场强度的方向 都与导体表面垂直 ）导体表面处的电场强度的方向,都与导体表面垂直 （3）导体为一等位体，导体表面为等位面； ）导体为一等位体，导体表面为等位面； （4）电荷（或感应电荷）分布在导体表面上，形成面电荷 ）电荷（或感应电荷）分布在导体表面上，形成面电荷. 导体表面是等势面
2.3 静电场中的导体与电介质
CQU
导体与介质放在电场中会发生什么现象？ 导体与介质放在电场中会发生什么现象？ 导体：静电感应； 介质：极化现象。 导体：静电感应； 介质：极化现象。
导体和电介质
当电场强度超过某一阈值时，电介质会发生击穿现象，此时电介质失 去绝缘性能。击穿场强是衡量电介质绝缘性能的重要参数。
电介质的应用
绝缘材料
能源领域
电介质广泛应用于各种绝缘材料中， 如电线绝缘层、变压器油、高压电缆 等。
在能源领域中，如太阳能电池、燃料 电池等，电介质起到关键的作用。它 们能够传递电荷、隔离不同部分电路 等。
散热器
一些金属导体如铜、铝等 被用作散热器材料，利用 其优良的导热性能将热量 快速传递到外界。
03
电介质
定义与分类
定义
电介质是能够承受电场而不导电的物 质，通常具有较高的电阻率。
分类
天然电介质和人造电介质。天然电介 质包括橡胶、木材、玻璃等；人造电 介质包括塑料、陶瓷、合成橡胶等。
电介质的绝缘机制
生物医学工程
探索导体和电介质材料在生物医学工程领域的应用，如人工器官、 生物传感器和医疗设备的制造。
面临的挑战与解决方案
技术创新
加强基础研究，推动技术创新，解决导体和电介质材料在性能、 成本、环保等方面的挑战。
资源与环境问题
关注资源与环境问题，发展可持续的制造工艺和回收技术，降低对 环境的影响。
市场与应用需求
空间电荷
在某些电介质中，由于电子或空穴的注入或抽出，会在电介质中形成空 间电荷。空间电荷对电场有屏蔽作用，进一步增强电介质的绝缘性能。
电介质的基本性质
电导率
电介质通常具有非常高的电阻率，即电导率非常低。这是由于电介 质内部存在大量的束缚电荷，限制了电流的形成。
介电常数
电介质的介电常数表示其存储电能的能力。介电常数的大小取决于 电介质的种类和频率。
分类
根据导电性能的不同，导体可分为良导体和半导体。良导体如铜、铝等，具有很 高的导电率；半导体如硅、锗等，导电率较低，但在一定条件下可以显著提高其 导电性能。
hfss 介质与导体的边界条件
hfss 介质与导体的边界条件
高频仿真软件（HFSS）中，介质与导体的边界条件是模拟电磁波在两
个物质之间的传播和反射过程。
在该软件中，介质与导体的边界条件
主要有以下几种：
1. 理想电介质边界条件：指在理论上，介质与导体之间没有电流通过
的情况。
通过这种边界条件，可以将电场和磁场沿着表面的法线方向
连续地传播，并保持入射和反射的电磁波成分。
2. 导电体边界条件：指在模拟中，将导体与介质之间的电流流过考虑
在内。
通过这种边界条件，可以模拟电磁波在导体内外的传输和反射。
导电体边界条件还需要注意导体内的电流分布和边界条件的定义。
3. PEC（Perfect Electric Conductor）边界条件：指导电体表面是
完全反射电磁波的理想表面。
在这种边界条件下，电场与导体表面垂
直并且不进入导体内，电磁波会完全反射。
4. PMC（Perfect Magnetic Conductor）边界条件：指导电体表面是
完全反射磁场的理想表面。
在这种边界条件下，磁场与导体表面垂直
并且不进入导体内，磁场波会完全反射。
5. 对称边界条件：指模拟中的几何结构具有对称性，可以通过将几何
结构分为相同或镜像对称的部分来简化仿真计算。
通过使用适当的介质和导体边界条件，可以准确地模拟电磁波在复杂
结构中的传播和反射，以帮助设计和优化各种高频电子器件和系统的
性能。
理想介质的磁导率
理想介质的磁导率
【原创实用版】
目录
1.理想介质的定义与性质
2.理想介质的相对磁导率
3.理想介质中电磁波的传播特性
4.理想介质与理想导体的比较
5.总结
正文
一、理想介质的定义与性质
理想介质是一种假想的电磁学材料，它的性质是：在理想介质内部，电磁场线是直线，且电磁波的传播速度等于真空中的光速。
理想介质不束缚电荷，没有自由电子，因此不导电。
理想介质的相对介电常数和相对磁导率都是无穷大。
二、理想介质的相对磁导率
理想介质的相对磁导率是无穷大。
由于理想介质内部没有自由电子，所以其磁导率不受限制。
在实际应用中，我们通常将空气视为理想介质，因为空气的相对磁导率非常接近于无穷大。
三、理想介质中电磁波的传播特性
在理想介质中，电磁波的传播速度等于真空中的光速，即 3×10^8 米/秒。
由于理想介质的相对介电常数和相对磁导率都是无穷大，因此，电磁波在理想介质中的传播特性与在真空中基本相同。
四、理想介质与理想导体的比较
理想介质和理想导体都是假想的电磁学材料，它们具有不同的性质。
理想导体内部没有电荷，但可以导电；而理想介质内部没有自由电子，不导电。
另外，理想导体的相对磁导率为 1，而理想介质的相对磁导率为无穷大。
五、总结
理想介质是一种没有束缚电荷、不导电的假想材料，其相对磁导率为无穷大。
在理想介质中，电磁波的传播速度等于真空中的光速，传播特性与真空基本相同。
静电场中的导体和电介质
静电场中的导体和电介质引言在物理学中，静电场是指当电荷处于静止状态时周围存在的电场。
导体和电介质是静电场中两种常见的物质类型。
理解导体和电介质在静电场中的行为对于理解静电现象和应用静电学原理具有重要意义。
本文将介绍导体和电介质在静电场中的特性和行为，包括导体的电荷分布和电场分布、导体内部电场为零的原因，以及电介质的电极化和电介质的介电常数。
导体导体的电荷分布在静电场中，导体具有特殊的电荷分布特性。
由于导体中的自由电子可以在导体内自由移动，一旦一个导体与其他带电体接触，自由电子将重新分布以达到平衡。
导体的外部表面电荷会分散在整个表面上，使得导体表面的电场强度为零。
这意味着在静电平衡条件下，导体表面任意一点的电势相等。
导体内部的电场分布特性在导体内部，电场强度为零。
这是由于自由电子可以在导体内自由移动，当导体中存在电场时，自由电子会沿着电场方向移动，直到达到平衡。
这种现象称为电荷迁移。
因此，导体内部的自由电子的运动将产生一个等量但相反方向的电场，导致导体内部的电场强度为零。
这也是为什么导体内部没有电场线存在的原因。
电介质电极化现象电介质是一种不易导电的物质，而其在静电场中的行为与导体有着显著不同。
当一个电介质暴露在静电场中时，电介质分子会发生电极化现象。
电极化是指电介质分子在电场作用下产生偶极矩。
在电场的作用下，电介质分子会发生形状变化，正负电荷分离，产生一个平均不为零的电偶极矩。
这种电极化现象可以分为两种类型：取向极化和感应极化。
取向极化是指电介质分子的取向方向在电场的作用下发生变化，而感应极化是指电场作用下导致电介质分子内部正负电荷的相对移动。
电介质的介电常数电介质的介电常数是描述电介质在电场中的响应特性的重要参数。
介电常数是一个比值，代表了电介质在电场力下的相对表现。
介电常数决定了电介质的极化程度和电场中的电场强度。
电介质的介电常数大于1，意味着电介质对电场的屏蔽效果更明显。
在实际应用中，通过选择合适的电介质和调整电场强度，可以改变静电场的分布和效果，用于电容器、绝缘材料等相关领域。
导体和介质
C
S
D1
ε d2 r
B
-σ
D ds
D1 S
S
S
D1
E1
D1
0
0
A + + + + + + + + +σ
ε d1
0
C
ε d2 r
B
D2
S
σ
D ds
D2 S
S
S
D2
E2
D2
r 0
r 0
说明：平板电容器中有n层介质，则其D相同
+σ
+ + + + +A
ε d 1
0
ε d 2
r
E1 E2
E
E0
击穿：在强电场作用下电介质变成导体的现象。
空气的击穿电场强度约为： 3KV• mm 1 矿物油的击穿电场强度约为： 15 KV• mm 1
云母的击穿电场强度约为： 80 ~ 200 KV• mm 1
6-2-2 极化强度
电极化强度 P是反映介质极化程度的物理量。
没极化： p 0 （分子电矩的矢量和）
+
+
+
++
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
E
+
+
+
+
+
电介质的极化：在外电场的作用下，介质表面产生 电荷的现象。
极化电荷：由于极化，在介质表面产生的电荷称 为极化电荷或称束缚电荷。
大学物理静电场中的导体和电介质
03
在静电场中，导体和电介质的 性质和行为表现出显著的差异 ，因此了解它们的特性是学习 大学物理静电场的重要基础。
学习目标
01
掌握导体和电介质的定义、性质和分类。
02
理解静电场中导体和电介质的电场分布和电荷分布。
03
掌握导体和电介质在静电场中的行为和相互作用， 以及它们在电路中的作用。
02
导体
导体的定义与性质
感应电荷的产生是由于导体内 部自由电荷受到电场力的作用 而重新分布，这种效应称为静 电感应现象。
静电感应现象在生产和生活中 的应用十分广泛，如静电除尘、 静电喷涂等。
导体的静电平衡状态
当导体放入静电场中并达到稳定状态时，导体内部的自由电荷不再发生定向移动， 此时导体的状态称为静电平衡状态。
在静电平衡状态下，感应电荷在导体内、外表面产生附加电场，该电场与外界电场 相抵消，使得导体内部的总电场为零。
应用
了解电场强度在电介质中 的分布和变化规律，有助 于理解电子设备和器件的 工作原理。
电介质的电位移矢量
01
02
03
04
定义
电位移矢量是指描述电场中电 荷分布情况的物理量。
特点
在静电场中，电位移矢量与电 场强度之间存在线性关系，可
以用介电常数表示。
计算
根据电位移矢量的定义和电场 强度的计算公式，可以计算出
定义
导体是指能够让电流通过的物质。在 静电场中，导体内部自由电荷会受到 电场力的作用而发生移动，从而形成 电流。
性质
导体具有导电性，其导电能力与温度 、光照、化学状态等因素有关。金属 导体是电导率最高的物质之一，而绝 缘体则几乎不导电。
导体的静电感应现象
当导体放入静电场中时，导体 表面会产生感应电荷，感应电 荷的分布与外界电场有关。
导体和介质
+
+ +
+ + ++ ++
E 0
E
带电导体尖端附近的电场特别大，可使尖端附近的 空气发生电离而成为导体产生放电现象，即尖端放电
< 电风实验 > +++ ++
+ +
+++
尖端放电会损耗电能, 还会干扰精密测量和对通 讯产生危害；然而尖端放电也有很广泛的应用。 < 避雷针 >
三、静电屏蔽 1、屏蔽外电场
第十章
导体和电介质中的静电场
10-1 静电场中的导体 Electrostatic field in conductor
一、导体的静电平衡 1、金属导体的电结构特征： 具有大量的自由电子。 2、静电感应：导体在外电场中，其上的电荷重新分 布，局部呈带电状态的现象。
+
+ ++ + + +
+
+
感应电荷
3、静电平衡：自由电子无定向运动，感应电荷稳定 分布。
E
E
E
Ei 0
E
Ei E E
导体的静电平衡条件 E 1、导体内部的场强处处为零 E （内部电子无运动）。 2、导体表面附近紧贴导体外侧处的场强方向垂直 表面（沿表面电子无运动）。
//
E
* 推论 (静电平衡状态) 整个导体是一等势体，导体表面为一等势面。 证：在导体上任取两点 p , q
EⅡ 4 0 r q1
2
Ⅰ Ⅱ
R1
R2
R1 r R2
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介质导体有耗介质
1.导体
导体内含有大量自由电荷，没有外电场作用时，电荷均匀分布，宏观呈现电中性。
1)静电感应：外电场的作用导致导体中电荷重新分布而呈现出带电的现象。
静电平衡状态：导体内部和表面上都没有电荷的定向移动状态。
静电平衡条件：
a.导体内部任何一点的场强为零。
b.导体表面上任何一点的场强方向垂直于该点的表面。
2)等价条件：
静电平衡时，导体为等势体。
3)导体处于静电平衡时，导体内部没有净电荷，电荷只能分布在导体表面
上。
2.（电）介质
所谓电介质，所谓电介质，是指不导电的物质，即绝缘体，内部没有可以移动的电荷。
若把电介质放入静电场中，电介质原子中的电子和原子核在电场力的作用下，在原子范围内作微观的相对位移。
达到静电平衡时，电介质内部的场强也不为零。
在外电场中电介质要受到电场的影响，同时也影响外电场。
1)电介质分为无极分子和有极分子
无极分子：没有外电场时，分子的正负电荷中心在无电场时是重合的，
没有固定的电偶极矩，介质内部电场强度为0。
如H2、HCl4，CO2，N2，
O2等。
有极分子：分子的正负电荷中心在无电场时不重合的，有固定的电偶极
矩，如H2O、HCl等。
但是在没有外电场作用的情况下，这些电偶极矩
分布杂乱无知，也使得介质内部的电场强度为0。
2)外电场作用下的电介质---电介质极化
在外电场的作用下，无极分子的正负电荷中心发生相对位移，而有机分子的电偶极矩出现有规律的排序，这两种机理都使得电介质内部电场强度不在为0。
这种现象叫做电介质的极化。
非均匀介质极化后一般在介质内部都出现束缚电荷。
在均匀介质内，束缚电荷只出现在自由电荷附近或者介质界面处。
3) 外电场作用于电介质时的高斯定理---电位移矢量的引进
真空中的高斯定理表达式为：
0f
ερ∇⋅=E f ρ为自由电荷密度。
当高斯定理用于电场作用下的电介质时，电荷密度要同时包括自由电荷密度f ρ以及束缚电荷密度p ρ，因此高斯定理的表达式为：
0+f p ερρ∇⋅=E
但是在现实应用中，自由电荷容易受实验条件的直接控制或观测，束缚电荷则不然，因此通常把束缚电荷密度p ρ从方程中消去更适宜于高斯定
理的应用。
()00+f p
f ερρερ∇⋅=∇⋅=E E +P
令0ε=D E +P
，则 f ρ∇⋅=D
上面引入的辅助量D 称为电位移矢量（注意：E 为物理量，D 仅仅为辅助量），通常应用过程中，用Maxwell 方程先求出电位移矢量D ，然后根据E 与D 的关系进而求出E 。
()00000e e γχεεεχεεεε==P E
D =
E +P +E =E =E
e χ称为介质的极化率，ε为介质的介电常数或者电容率，γε称为介质的
相对介电常数或者相对电容率。
3. 有耗介质。