电介质物理电介质极化
物理学教学ppt§7-3电介质的极化
P ds 侧面P ds
s
上底 P ds 下底 P ds
0 0 P s
S
-+
+ r
-+
+
+-
+
; -+
-+- -+- -+- -+- -+- +-
由 ' Pn
介质的外法线方向与极化 强度方向相反，夹角为π
S
-+
+ r
-+
+
+-
+
+-+
P
+-
+ -+
考虑极化强度与介质表面法线的关系
' Pn P n Pcos n为介质表面的外法线方向，由电介质内指
向介质外.
P与 的n 夹角为锐角，表面出现正极化电荷 P与 的n 夹角为钝角，表面出现负极化电荷
2.体极化电荷
以平板电容器为例讨论介质内 P与 的q' 关系
如图，在介质内做一钱币形闭合曲面S，极化强
P '
-+- -+- -+- -+- -+- +-
P
ds
's
q'
s
极化强度对任意闭合曲面的通量,等于该曲面内
包围的极化电荷总量的负值。
由实验得出，对各向同性电介质
P E ( 1) E
e0
r
0
e：电极化率(e 0)，无量纲的纯数，决定于
电介质性质。
r 为介质的相对电容率 E 是电介质中某点的场强(包括该点的外电场以及
电介质的极化知识点
电介质的极化知识点电介质是一种具有不良导电性质的物质，能够在电场中极化，并且在极化过程中，电介质内部的正、负电荷分离形成极化电荷。
电介质的极化现象在电子学、物理学、化学等领域中具有重要的应用和理论意义。
本文将针对电介质的极化进行详细阐述，包括极化的概念、分类、极化机制等重要知识点。
一、极化的概念极化是指电介质在外加电场的作用下，内部发生的一种现象，即电介质内部的正、负电荷分离形成极化电荷。
当电介质处于无电场状态时，其内部的正负电荷呈均匀分布；而当外加电场存在时，正负电荷会发生位移，并在电介质两端形成极化电荷。
二、电介质的极化分类根据电介质极化的性质和机制，可以将电介质的极化分为以下几种类型：1. 电子极化电子极化是指电子在电场作用下发生位移，从而使得电介质发生偶极矩的现象。
在电子极化过程中，电子云相对于离子核的位移引起了正、负电荷的分离。
2. 离子极化离子极化是指电介质中的正、负离子在电场中发生位移，从而产生极化现象。
离子极化通常发生在电解质溶液中，当外加电场作用于电解质溶液时，正、负离子会向相反的方向运动，形成极化电荷。
3. 偶极子极化偶极子极化是指由于电介质内部存在着极性分子，这些极性分子在外加电场作用下，会使得电介质发生极化现象。
在偶极子极化过程中，极性分子的正负电荷偏移，从而形成极化电荷。
4. 空间电荷极化空间电荷极化是指电介质内部的自由电荷在电场作用下发生位移，从而形成极化电荷。
空间电荷极化通常发生在导体中，由于导体内部的自由电子可以自由运动，受到外加电场的作用，自由电荷会在导体表面积聚形成极化电荷。
三、电介质的极化机制电介质的极化机制决定了它在电场中的极化特性。
根据电介质的性质和结构，极化机制可以分为以下几种：1. 电子极化机制电子极化主要发生在电子绝缘体中，在外加电场的作用下，电子云发生位移，并与离子核产生相对位移，从而使电介质发生极化。
2. 离子极化机制离子极化机制主要发生在电解质溶液中。
电介质的极化课件
电介质分类
总结词
电介质根据其组成和结构可分为离子型、电子型和复合型三 类。
详细描述
离子型电介质由正负离子组成，在电场作用下离子会发生定 向移动形成传导电流。电子型电介质由自由电子组成，其导 电性类似于金属导体。复合型电介质则同时包含离子和电子 两种导电机制。
电介质性质
总结词
电介质的主要性质包括绝缘性、介电常数、介质损耗等。
详细描述
电介质的绝缘性是指其抵抗电流通过的能力，介电常数则反映了电介质在电场 作用下的极化程度，而介质损耗则是指电介质在电场作用下能量损耗的能力。 这些性质在电力系统和电子设备中具有重要的应用价值。
02
电介质极化原理
极化现象
01
02
03
极化现象
电介质在电场的作用下， 正负电荷中心发生相对位 移，从而在电介质中出现 的宏观电荷现象。
压电效应
压电效应是指电介质在受到外力作 用时，会在其内部产生电荷的现象 ，其特点是具有逆压电效应和正压 电效应。
极化机制
电子位移极化
取向极化
电子位移极化是指在外加电场的作用 下，电子受到电场力的作用而发生位 移，从而产生宏观电荷的现象。
取向极化是指在外加电场的作用下， 分子中的正负电荷中心发生相对位移 ，从而产生宏观电荷的现象。
分析不同电介质材料的极化特 性。
实验设备
电极
用于施加电场和测 量电位的电极。
测量仪器
用于测量电介质极 化率的测量仪器。
电介质样品
不同类型和性质的 电介质材料。
电源
用于提供实验所需 电压的电源。
实验装置
包括电容器、绝缘 支架、绝缘棒等组 成的实验装置。
实验步骤
01
电介质物理知识点总结
电介质物理知识点总结电介质是一类具有不良导电性能的材料，可用于电容器、绝缘体等应用中。
电介质物理是研究介质在电场作用下的电学性能的科学。
电介质物理是电磁场理论和介质物理学的重要组成部分。
下面我们将对电介质物理的相关知识点进行总结和展开。
1. 电介质的基本性质电介质是一种不良导电性能的材料，通常包括固体、液体和气体。
电介质的主要特点是在外电场作用下会发生极化现象。
极化是指介电极化，即在电场作用下使介质内部出现正负电偶极子的排列现象，从而使介质产生极化电荷。
常见的电介质包括空气、水、玻璃、塑料等。
2. 电介质的极化过程当电介质处于外电场中时，介质内部的正负电荷将发生位移，使介质被极化。
电介质的极化过程可分为定向极化和非定向极化两种类型。
其中，定向极化是指在介质中存在有定向的分子或离子，当外电场作用下，这些分子或离子会按照一定方向排列，这种极化过程被称为定向极化；非定向极化是指介质中的分子或离子并不具有固定的方向排列，当外电场作用下，这些分子或离子将发生不规则的排列，这种极化过程被称为非定向极化。
极化过程使介质产生极化电荷，从而改变了介质的电学性能。
3. 介质极化的类型根据介质极化的不同类型，可以将极化过程分为电子极化、离子极化和取向极化。
电子极化是指在电场的作用下，介质中的电子云将出现位移，从而使整个分子或原子产生极化；离子极化是指在外电场作用下，介质中的阴离子和阳离子将发生位移，产生极化现象；取向极化是指在电场作用下，具有一定取向的分子或离子将产生极化现象。
不同类型的极化过程会影响介质的电学性能。
4. 介质极化与介电常数介质的极化现象将改变介质的电学性能，其中介电常数是一个重要的参数。
介电常数是介质在外电场作用下的电极化能力的体现，介电常数越大，介质的电极化能力越强。
介电常数的大小将影响介质的导电性、电容性等电学性能。
5. 介电损耗介质在外电场作用下会产生能量损耗，这种现象被称为介电损耗。
介电损耗会导致介质内部的吸收能量和产生热量，从而影响介质的电学性能。
大学物理第11章第二次课11(3-4)
→ε，
1 q0 U 4 r
[例] 点电荷在介质场中：
讨论: D 1、 无物理意义，只是为了简化公式而引入的辅助物理量。 D线从自由正电荷出发，终止于自由负电荷。
E线
D线
2、有介质的高斯定理与真空中的高斯定理都是普遍适用的。
3、闭合面上电位移矢量 D 的通量只与面内自由电荷q 0 有关。 但 D 并不是只由 q0 产生。因为 D的通量和 D是两个 不同的概念。
则此时： P2 n21 P2 n
（４）、极化强度与体电荷密度的关系：
在介质内如取一闭合曲面S，因极化而越过dS面向外移出 闭合面S的电荷为
d q出 P d S
S
于是，通过整个闭合曲面S向外移动的极化电荷总量为：
由电荷守恒定律 ：
q出＝ P d s
三、 电介质的极化规律
1、电介质中的场强: ( E —总场； E0 —外场； E — 极化场）
E E0 E
2、P、 关系： E
实验证明： （
P 0 e E
e — 电介质的极化率）
e r 1
若介质中各点 e 相等，则称为均匀介质 。
P = 常矢，则称为均匀极化 。
导体： 0 P
2) 真空：P 0
2、极化强度与极化电荷的关系： 在外电场作用下，电介质被极化．产生束缚电荷， , ．
描述电介质极化程度的物理量是极化强度 P ． 所以，束缚电荷 , 与极化强度 P 之间必有一定关系．
pe 0
ⅱ] 在外电场中，分子中的正、负电荷受到 相反方向的电场力，因正、负电荷中心 发生微小相对位移，形成电偶极矩沿外 场方向排列起来。 ⅲ] 沿电场方向的两侧面也将分别呈正、 负束缚电荷，介 质的这种极化称为 位移极化 。 注意
电介质极化
电介质极化
电介质极化是物理学中一个重要的概念，指的是在电场的作用下，电介质中的电荷分布发生变化，导致物质内部形成电偶极矩而出现极
化现象的过程。
这种现象在我们的日常生活中也随处可见，比如说电
容器、电子电路等设备，都需要利用电介质的极化性质才能正常运作。
下面让我们更加深入地了解电介质极化。
电介质极化的原理可以通过研究宏观电荷体系得到：当电介质体
系中有正负电荷分布时，会出现电场，从而导致介质中原子或分子的
电子云被拉伸，让正负电荷分别分布在了介质的两端，形成了电偶极子。
这个过程就是电介质极化的实现过程。
电介质极化可以分为两种类型：电子极化和离子极化，其中电子
极化是由于电介质中的原子或分子电子云位移而形成的；而离子极化
则是由于电介质分子中的离子受到电场的作用而发生电荷分离所致。
电介质的极化性质在电学理论研究中发挥了不可忽视的作用。
通
过这种极化现象，我们可以建立起数学模型，来解释电介质内部的电
场分布特性、介质在交、直流电场中的响应特性、以及介质中信号传
输的能力等现象。
电介质极化还具有广泛的应用价值。
比如说，在电容器中，由于
电介质的极化作用，正负极板之间的电场会得到加强，从而实现对电
荷的储存；在通信技术领域中，也会使用电介质极化来实现信号检测
和处理等操作。
总之，电介质极化是电学领域中一个非常重要的概念。
了解电介质极化的原理和应用，对于我们更加深入地了解电学理论、掌握电学技术，具有十分重要的指导意义。
电介质物理基础孙目珍版完整的课后习
电介质物理基础孙目珍版完整的课后习————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：第一章 电介质的极化1.什么是电介质的极化？表征介质极化的宏观参数是什么？ 若两平行板之间充满均匀的电介质，在外电场作用下，电介质的内部将感应出偶极矩，在与外电场垂直的电介质表面上出现与极板上电荷反号的极化电荷，即束缚电荷σˊ。
这种在外电场作用下，电介质内部沿电场方向产生感应偶极矩，在电介质表面出现极化电荷的现象称为电介质极化。
为了计及电介质极化对电容器容量变化的影响，我们定义电容器充以电介质时的电容量C 与真空时的电容量C0的比值为该电介质的介电系数，即0rC C=ε，它是一个大于1、无量纲的常数，是综合反映电介质极化行为的宏观物理量。
2.什么叫退极化电场？如何用一个极化强度P 表示一个相对介电常数为r ε的平行板介质电容器的退极化电场、平均宏观电场、电容器极板上充电电荷产生的电场。
电介质极化以后，电介质表面的极化电荷将削弱极板上的自由电荷所形成的电场，所以，由极化电荷产生的场强被称为退极化电场。
退极化电场：00εεσPE d -='-= 平行宏观电场：)1(0-=r PE εε充电电荷产生的电场：)1()1(0000000-=+-=+===+=r r r d PP P P E D E E E εεεεεεεεεεσ 3.氧离子的半径为m 101032.1-⨯，计算氧原子的电子位移极化率 按式304r πεα=代入相应的数据进行计算。
240310121056.2)1032.1()1085.8(14.34m F •⨯≈⨯⨯⨯⨯⨯=---α4.在标准状态下，氖的电子位移极化率为2101043.0m F •⨯-。
试求出氖的相对介电常数。
单位体积粒子数253231073.24.221010023.6⨯=⨯⨯=N e r N αεε=-)1(0 12402501085.81043.01073.211--⨯⨯⨯⨯+=+=∴εαεer N5.试写出洛伦兹有效电场的表达式。
大学物理电磁学部分07 电介质的极化和介质中的高斯定理
0 0 d' (d d' ) d' d d' 0 0 r r
20
0S
例3：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。 d d
解： ①.设电容带电量 q
1
2.电位移矢量 •电位移矢量是为消除极化电荷的影响而引入的辅助物 理量，它既描述电场，同时也描述了介质的极化。 方向：与介质中的场强方向相同。单位：库仑/米2，
def 定义：电位移矢量 D 0 E P
e 称为电极化率或极化率，
中它是一个纯数。
对于大多数各向同性的电介质而言，极化强度 P 与 电场 E 有如下关系：P e 0 E
注意：决定介质极化的不是原来的场 E 而是介质内实 0 际的场 E 。 E '又总是起着减弱总场 E 的作用，即起着减弱极化
的作用，故称为退极化场。
10
任一点的总场强为： E E0 E'
总结： 在外电场 E 作用下，电介质发生极化；极化强 0 度矢量 P和电介质的形状决定了极化电荷的面密度 ， 而 又激发附加电场 E E ， 又影响电介质内部的总电 场 E ，而总电场又决定着极化强度矢量 P 。 各物理量的关 E p Pn 0
2
q q C U ab E1d1 E2d2
0 0 d1 d2 d1 d2 0 r1 0 r 2 r1 r 2
D D左底 D右底 D侧 D左底 0 导体内 D=0
D D右底 右底 D1dS cos
D D dS q0
3.3电介质的极化
3.3电介质的极化3.3.1位移极化和取向极化电介质的极化：在外电场作用下，电介质表面出现电荷的现象，这些电荷称 为极化电荷。
1、电介质的分类(1) 无极分子：每个分子的正、负电荷“重心”在没有外场作用时重合, 因此分子偶极矩为零。
H 2、02、N 2、C02、CH4、CCI4分子等都属于无极分子。
(2) 有极分子：每个分子的正、负电荷“重心”在没有外场作用时不重合, 因此分子偶极矩非零。
H 20, S02，NH 3、H2S 及水、硝基苯、酯类、有机酸等 分子都属于有极分子。
因为分子不断作无规则的热运动，所以各个分子的偶极矩 杂乱无章的分布，因此在宏观上不显电性。
2、无极分子的位移极化如下图:由于无极分子的极化在于正、负电荷重心的相对位移，故称为位移极化。
介 质两表面上出现的极化电荷不能离开电介质， 也不能在电介质中自由移动，故也 称为束缚申(荷。
在外电场的作用下，介质中的无极分子的正、 负电荷“重心”作了一个微小 的位移，形成一个等效电偶极子(具有分子电矩) ，它们都沿着外电场的方向整 齐地排列。
在均匀电介质内部空间没有极化电荷, 在垂直于外场方向的电介质表 面上，分别出现正、 负极化电荷，这些面极化电荷,产生宏观电场，显示电性。
形成等效的偶极子无极分子正负 电荷中心重合大块电介质在垂直于 电场方向的表面上 出现极化电荷3、有极分子的取向极化对有极分子的电介质，在无外场时，每个分子的正、负电荷重心不重合，且 有固有电矩非零，但分子作无规则运动，宏观不显电性。
当外场E 却 时，每个分子的等效偶极子将由于力偶矩的作用而转向，力偶 矩力图使每个偶极子的偶极矩转到与场强一致的方向。
显然，E 愈大，P 转向外在均匀电介质内部空间没有极化电荷，在垂直于外场方向的电介质表面上, 分别出现正、负极化电荷。
注意:(1) 有极分子在外场作用下，除了发生取向极化外，还要发生位移极化,只是后者比前者弱得多;(2) 两类电介质极化的微观机理不同，但宏观效果却是相同的，都是在外 电场作用下，均匀电介质表面上出现极化电荷，激发宏观电场，显示电性。
电介质中的电极化现象
电介质中的电极化现象电介质是电导率较低的物质，大多数是非金属的固体或液体。
电介质的一个重要特征是它们可以被电场极化，即在电介质中产生电荷分离，形成电偶极矩。
这种现象被称为电极化，它对于电介质的性质和应用有着重要影响。
一、电极化的机制电极化的机制有多种，其中最常见的是离子导电和电子极化。
离子导电是指当电介质中存在可离子化物质（如溶解的盐或酸）时，电场会引起离子的移动，从而导致电介质中的离子分布不均。
正离子向电场的负极移动，负离子向正极移动，产生电偶极矩。
这种电极化机制常见于液体中，比如盐水溶液。
电子极化是指电场导致电介质中原子或分子的电子云偏离其平衡位置，形成永久或瞬时的电偶极矩。
这种电极化机制广泛存在于固体和液体电介质中。
二、极化与介电常数介电常数是衡量电介质相对于真空的电容性能的物理常数。
它描述了电场在电介质中传播的速度，也反映了电介质的极化程度。
电极化会使电介质内部的电场减弱，增加电场强度下的电介质电容。
这是因为极化过程会生成相反方向的电荷分布，产生与外加电场相抵消的电场。
因此，电介质的介电常数大于1。
通过极化现象，电介质能够存储电荷和能量。
在某些应用中，为了提高电容器的电容性能，可以将电介质用作电容器的介质。
通过选择具有较高极化程度的电介质，可以获得更大的电容。
三、应用电介质的电极化现象在现代科技中有着广泛的应用。
下面几个领域是电极化现象常见的应用示例。
1. 电解质电池电解质电池是利用电介质中的离子导电机制来实现能量转化的装置。
典型的电解质电池包括铅酸电池和锂离子电池。
在这些电池中，电解质的极化现象是电池充放电过程的基础。
2. 电介质储能器电介质储能器是一种储存电能的设备，它利用电介质的极化来存储电荷。
储能器可以用于平衡或峰值削平电网上的能量需求，以及为移动设备和电动汽车等提供电源。
3. 电介质电压传感器电介质电压传感器是一种测量高电压或强电场的设备。
它利用电介质中的电极化现象来检测电势差并转换为信号输出。
电介质物理 电介质的极化
电势概念的应用：（熟练掌握各种情形下电场中各点电势的分析计 算方法）
（1）试计算点电荷电场中任意一点（距离点电荷r）的电势。 （掌握）
（2）试计算点电V荷p 系 电4场q 0中r 任意一点的电势。（掌握）
（3）试计算连续分Vp布均in匀1 4带q电i0r球i 体（球半径为R，电荷体密度
为 ）的任意一点的电势。（了解）
1）处在电场中的任何带电体都受到电场力的作用；
2）带电体在电场中移动时，电场力将对带电体做功；
3) 电场中任意一点的总场强等于各个电荷在该点各自产生的 场强的矢量和。（场强叠加原理）
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下一页 返 回 第十二页，编辑于星期三：点 十三分。
3．什么叫高斯定理？怎样运用高斯定理分析解决电场强度的计算问题？ （掌握）
有效电场 是指作用在某一极化粒子上的局部电场。是 除了被极化的该点的粒子之外所有外部自由电荷和极 化偶极子在该点所产生的电场。
介电系数的预测是电介质极化研究的根本目标
0
NEe
E
由克劳修斯方程，必须首先预测出有效电场与宏观外场
的关系，再进一步从微观结构预测极化特性（极化率），
方可实现目标
返回
第二十五页，编辑于星期三：点 十三分。
电矩μ的概念： 电量与矢径的乘积定义为电矩，电矩是矢量，方向规定由负
电荷指向正电荷。
电偶极子的场强特征： qL
电偶极子轴线上的分布特征：
任意一点的场强与电矩数值成正比，与电矩方向同向，与距中 心的距离立方成反比
电偶极子中垂线的分布特征：
任意一点的场强与电矩数值成正比，与电矩方向反向，与距中 心的距离立方成反比
1.0 本章概要
1.0.1 本章目的 1.0.2 本章内容 1.0.3 本章要求 1.0.4 本章重点 1.0.5 本章难点 1.0.6 本章作业
电介质极化的基本概念现象
电介质极化的基本概念现象电介质极化是指当电介质材料处于电场中时，其分子或原子会发生重新排列，从而导致材料整体上呈现出极化现象。
电介质极化是麦克斯韦方程组的重要组成部分，也是电子学和电磁学研究中的基本概念之一。
基本概念：1. 电介质极化的本质：电介质极化是电磁场作用下，电介质分子或原子内部正负电荷的重新排列过程。
电介质在外电场的作用下，电荷会重新分布，使电介质内部形成电偶极矩。
2. 极化过程：当电介质放入外电场中时，电场会将电介质内的正负电荷分离开来，形成电偶极矩。
这个过程可以分解为两个步骤：极化电荷的移动和极化电荷的重排。
3. 极化电荷的移动：当外电场作用于电介质时，电介质内部的正负电荷会受到电场力的作用，分别向相反方向移动。
正电荷会向电场方向移动，负电荷会向相反方向移动，从而使得电介质内部出现局部电荷分离。
4. 极化电荷的重排：极化电荷的移动会引起电介质内部原子或分子的重新排列，以最小化总能量。
正负电荷之间的相互作用会调整原子或分子的位置，直到使得正负电荷尽可能靠近，从而形成电偶极矩。
5. 电介质极化的效应：极化会导致电介质的电导率降低，使电介质对电场的响应变得更加复杂。
同时，电介质极化还会影响介质的介电性质，如介电常数、磁化率等。
6. 极化的分类：根据极化电荷的来源和电介质的性质，可以将极化分为电子极化、离子极化和定向极化等类型。
电子极化是指电场使得电子云在分子或原子中移动，形成电偶极矩；离子极化是指电场使得离子在电介质中移动，形成极化电荷；定向极化是指电场使得有重要方向性的分子或原子在电介质中定向排列，形成电势差。
7. 极化度和极化强度：极化度是一个描述电介质极化程度的物理量，用极化电荷和分子的数密度之比表示。
极化强度是一个描述电介质受到外电场作用后，电介质本身发生极化的能力。
8. 电介质极化与介电常数：电介质极化会改变材料的介电常数，介电常数是描述电介质在电场中的响应能力的物理量。
极化使电介质具有较高的介电常数，可以存储更多的能量，从而在电场中具有更好的电容性能。
电介质四个大类物理现象
电介质四个大类物理现象
电介质是一种在电场中能够发生极化现象的物质。
电介质的四个大类物理现象包括：
1. 极化现象，当电介质置于外电场中时，其分子或原子会发生极化现象，即在电场的作用下，正负电荷分离，形成电偶极矩。
这种极化现象是电介质的基本特征之一。
2. 介质击穿，当电场强度达到一定数值时，电介质会发生击穿现象，即电介质内部的电阻突然减小，导致电流急剧增大，这种现象常常伴随着放电和火花的产生。
3. 介质损耗，在交流电场中，电介质会因为分子或原子在电场中的周期性运动而产生能量损耗，这种损耗称为介质损耗。
介质损耗会导致电介质加热，并且会影响电介质的电学性能。
4. 介质弛豫，当外电场发生变化时，电介质内部的极化现象不会立即跟随电场的变化而变化，而是有一定的滞后时间。
这种现象称为介质弛豫，其时间常数取决于电介质的性质和温度等因素。
以上是电介质的四个大类物理现象，它们展现了电介质在电场中的复杂而丰富的行为。
电介质物理_李翰如
李波
电子科技大学 微电子与固体电子学院
第一章 电介质的极化
1.1 静电学基本定律 1.2 介电常数与介质极化 1.3 有效内电场（Ei） 1.3 克劳修斯-莫索缔方程 1.4 翁萨格有效电场 1.5 电子位移极化 1.6 离子位移极化 1.7 转向极化 1.8 热离子极化 1.9 空间电荷极化 1.10 离子晶体电介质
−
1 R2
⎟⎟⎠⎞
C
=
Q V
=
4πε0ε r
R1R2 R2 − R1
15
（2）电容器的电容计算
③ 柱形电容器
设单位长度带电量为 q = Q L
在两极板之间 R1 < r < R2
-Q +Q
L
R1
E= q 2πε0ε rr
R2
∫ ∫ V = R2 Edr = R2 q dr = q ln R2
R1
R1 2πε0ε r r
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
C0
=
Q0 V
=
σ0S V
+
⊕Θ
-
⊕Θ
+
-
⊕
+
Θ
εr
⊕
Θ
-
⊕
+
Θ
⊕ Θ-
+⊕ Θ
⊕ Θ-
Q = Q0 + Q′ σ =σ0 +σ′
C = Q = Q0 + Q′ VV
C = (σ 0 + σ ′)S
V
(σ 0 + σ ′)S
ε=C = C0
电介质极化
3、 材料的介质损耗与极化形式有关，而介质损耗是 影响绝缘劣化和热击穿的一个重要因素。
4、 在绝缘预防性试验中，夹层极化现象可用来判断 绝缘受潮情况。例如，水分侵入电介质后，使材 料的介电常数增大，同时水分能增强夹层式极化 作用，因此，通过测量材料的相对介电常数，就 能判断电介质受潮程度。
以变压器油中气泡为例：
油 E泡 泡 E油
E泡
E油
• 油 泡
E油
•
2.2 1.0058
2.2E油
第一节 电介质的极化
极化的概念： 在外电场作用下，电介质的 表面上出现束缚电荷的现象 叫做电介质极化。
极化的形式： 电子式极化、离子式极化 偶极子式极化、夹层式极化
电子式极化：（存在于一切材料中）
电子式极化特点：时间短，无能量损耗，弹性极化
离子式极化：（存在于离子结构物质中）
离子式极化特点：时间短，无能量损耗，弹性极化
真空介电常数 0 1/(0C 2 ) 绝对介电常数 相对介电常数 r / 0
以平行板电容器为例：
相对介电常数电介质时，应注意相对介电常数 r 的大小。 用作电容器的绝缘介质时，希望 r 大些好。 用作其它设备的绝缘介质时，希望 r 小些好。
偶极子式极化：（存在于极性材料中）
偶极子式极化特点：时间较长，有能量损耗，非弹性极化
夹层式极化：（存在于多种材料的交界面）
合闸后，两层介质上的电压有一个重新分配的过程，而其 上的电荷也会重新分配。
夹层式极化特点：时间很长，有能量损耗，非弹性极化
介电常数：表征电介质在电场作用下极 化程度的物理量
电介质大学物理中电场中介质的极化与电容性质
电介质大学物理中电场中介质的极化与电容性质电介质是一类能够极化的物质，其在电场中的行为在大学物理中是一个重要而有趣的研究课题。
电场中的电介质极化现象和相关的电容性质，不仅涉及物理学的基本原理，而且在电子工程、材料科学等领域具有广泛的应用。
本文将对电场中介质的极化以及与电容性质相关的内容进行探讨。
1. 电介质的极化现象1.1. 极化的概念与机制电介质的极化是指在外加电场作用下，电介质分子的正负电荷中心发生相对移动，使得整个电介质内部产生电偶极矩。
这种电偶极矩的产生可以通过多种机制实现，如电子云的畸变、离子晶体的空位移动、分子中的原子核和电子相对位移等。
1.2. 极化的分类根据电介质分子中是否存在永久电偶极矩，可将极化现象分为两类：取向极化和感应极化。
取向极化是指电介质分子本身存在永久电偶极矩，外加电场只是改变了电介质分子电偶极矩的取向。
典型的取向极化材料包括偶氮苯、液晶等。
感应极化是指电介质分子本身没有永久电偶极矩，但在外加电场的作用下，由于电场的存在，分子中的正负电荷的相对位置发生变化，从而使得整个电介质分子产生感应电偶极矩。
常见的感应极化材料有水分子、无机离子晶体等。
2. 电容性质与电介质的关系2.1. 电容的基本概念电容是描述电场中能够储存电荷和电能的物理量。
对于电介质而言，其极化现象与电容性质密切相关。
电介质作为电容器中的一种重要材料，能够增大电容器的电容量，并且能够改变电容器的电场分布。
2.2. 电介质引入电容的影响当电介质被引入电容器中时，原来的空气或真空介质变成了电介质，这将显著改变电容器的电容特性。
通过极化现象，电介质在电场中会产生极化电荷，进而改变电场的强度分布。
这种极化电荷的引入，使得电容器的电容量大于原来的空气或真空电容。
因此，电介质的引入不仅可以增加电容的储存能量能力，还可以改变电容器的电场分布，使得其具有更好的电磁屏蔽或信号传输特性。
2.3. 电介质对电容性质的影响电介质的物理性质对电容器的电容特性有着关键的影响。
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1.0 本章概要 1.1 真空中的电场 1.2 电介质的极化和介电系数 1.3 洛伦兹有效电场和克劳斯-莫索蹄方程 1.4 极性液体电介质的翁沙格有效电场 1.5 电介质极化的机理 1.6 电介质的介电系数及其温度系数 1.7 离子晶体电介质中的极化
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1.0 本章概要
真空中介电常数
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6．什么叫电势？如何分析计算典型电场中的电势？（掌握）
电势概念：将单位电荷移动到无穷远处电场力所 作的功
相关概念
等电势面 电势梯度：
在等电势面外法线方向上单位长度的变化所产生电势变化量
电场强度的散度
即微元封闭曲面所包围的单位体积的通过该曲面的电场强度通 量
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电势概念的应用：（熟练掌握各种情形下电场中各点电势 的分析计算方法）
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1.0.5 本章难点有Fra bibliotek电场的概念返回
1.0.6 本章内容
1-18 1-19 1-20 1-21 1-22 1-23
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1.1 真空中的电场
1．什么是库仑定律？（掌握） 2．什么叫电场、静电场、电场强度及电力线？电
场有哪些基本性质？（掌握) 3．什么叫高斯定理？怎样运用高斯定理分析解决
能熟练地应用高斯定理分析求解下列典型电场的电场强度分布规 律并熟记结论
（1）均匀带电的球面及均匀带电球体 （2）无限大均匀带电平面（电荷面密度为σ） （3）两无限大带电极板
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4．什么叫电偶极子及其电矩？（掌握）
电偶极子的概念：
两个大小相等的正负电荷相距L，L较讨论中所涉及到 的距离小得多，这一电荷系统称为电偶极子，连接两 电荷的直线称为电偶极子的轴线
Electric field：
电荷或变化磁场周围空间里存在的一种特殊形态的物 质。其基本特性是静止电荷置于电场中将受到作用力。 通常电场性质可通过电场强度E进行定量描述，也可通 过电力线形象直观的描述
Electric field intensity：
置于电场中某点的一个试验电荷（体积和电荷量都充 分小）不会改变原来的电荷分布，它所受的力与它的 电荷量的比值是一个与试验电荷无关而仅取决于电场 该点性质的量，这个比值描述了电场该点的性质，称 为电场强度。电场强度是个矢量。
1.0.1 本章目的 1.0.2 本章内容 1.0.3 本章要求 1.0.4 本章重点 1.0.5 本章难点 1.0.6 本章作业
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1.0.1 本章目的
电介质的极化过程是电介质物理研究的主 要内容和根本性任务。
电介质的极化过程是认识电介质其它物理 过程的基础。
本章设置目的是为全面掌握电介质物理打 下坚实的基础。
与距中心的距离立方成反比
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5．什么叫电感应强度（电位移）？（掌握）
电感强度（电位移）概念：
电场中任意一点的电感强度在数值上等于感应板置于 该点感应的最大电荷密度，方向与该点的场强方向相 同。
电位移的基本特性：
与产生电场的电荷的大小及分布状况有关，与电场所 在电介质无关
介电常数
单位场强（静电场中）所产生的电位移，一般地介电 常数仅仅是电介质结构种类和状态的函数，是物质的 物性参数之一
Line of electric forece：
用来直观地图示电场分布的虚设的有向曲线族，曲线 上每一点的切线方向与该点电场方向一致。
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Static electric field：
静止电荷产生的电场叫做静电场，又叫做库仑场。
Electric Field基本性质：
1）处在电场中的任何带电体都受到电场力的作用； 2）带电体在电场中移动时，电场力将对带电体做功； 3) 电场中任意一点的总场强等于各个电荷在该点各自
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1.0.2 本章内容
本章主要研究电介质的极化机制及极化规 律，全章及学时分布如下：
1．1 真空中的静电场 4学时 1．2 电介质的极化和介电系数（2学时） 1．3 洛伦兹有效电场（4学时） 1．4 翁沙格有效电场 （2学时） 1．5 电介质极化机理（4学时） 1．6 介电系数 （2学时） 1．7 离子晶体极化（2学时）
电场强度的计算问题？（掌握） 4．什么叫电偶极子及其电矩？（掌握） 5．什么叫电感应强度（电位移）？（掌握） 6．什么叫电势？如何分析计算典型电场中的电势？
（掌握）
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1．什么是库仑定律？（掌握）
物理语言表述：
在真空中， 两个点电荷之间的相互作用力的方向沿着 这两个点电荷的连线，同号电荷相斥，异号电荷相吸， 作用力的大小与电荷量的乘积成正比，而与这两个点 电荷之间的距离平方成反比
是电介质物理的基本模型和研究观察对象
电矩μ的概念：
电量与矢径的乘积定义为电矩，电矩是矢量，方向规定由 负电荷指向正电荷。
电偶极子的场强特征：
电偶极子轴线上的分布特征：
任意一点的场强与电矩数值成正比，与电矩方向同向， 与距中心的距离立方成反比
电偶极子中垂线的分布特征：
任意一点的场强与电矩数值成正比，与电矩方向反向，
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1.0.3 本章要求
通过本章学习，应达到下述目标： 1) 熟悉静电场的基本概念和基本规律 2）理解并掌握电介质极化的关键概念：电
介质 介电常数 相对介电常数 电偶极化 3）掌握洛伦兹有效电场 4) 掌握电介质极化机理 5）了解离子晶体极化机理
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1.0.4 本章重点
电场的基本概念和规律； 电介质极化基本概念； 有效电场； 电介质极化机理
数学语言表述：
发现时间和发现人：
该定律是由法国工程师物理学家库仑（1736-1806）于 1785年所发现。
科学意义：
该定律是人类研究电现象的第一个定量化的规律，是
电学尤其是静电学的核心基础，当然也是电介质物理
学的核心基础。
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2．什么叫电场、静电场、电场强度及电力线？电场有哪些基本 性质？（掌握)
产生的场强的矢量和。（场强叠加原理）
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3．什么叫高斯定理？怎样运用高斯定理分析解决电场强度的计 算问题？（掌握）
电场强度通量的概念： 高斯定理物理语言表述：
对任意封闭曲面的电场强度通量正比于该封闭曲面内电荷的代数 和
高斯定理数学表述： 高斯定理的证明： 高斯定理的应用：