物质与场是物质存在的两种形式.

电介质

p283 4-2、3、7、9、12、14、15
物质具有电结构 当物质处于静电场中
场对物质的作用：对物质中的带电粒子作用 物质对场的响应：物质中的带电粒子对电场力的作用
的响应

导体、半导体和绝缘体有着不同的固有电结构
不同的物质会对电场作出不同的响应，产生不同的后
果，——在静电场中具有各自的特性。 导体中存在着大量的自由电子——静电平衡 绝缘体中的自由电子非常稀少——极化 半导体中的参与导电的粒子数目介于两者之间。
实验：电介质对电场的影响
现象： 1、带一定电量的电容器插入电介质后，电容器极 板间的电势降低，电容增大。 2、上述过程，将电介质变为导体，发现电势大大 的降低，电容大大增大。 思考： 1、插入导体后，电势降低的原因。 2、设想插入电介质后，电势降低的可能原因。
电介质极化的微观机制

无极分子：正负电荷中心完全 重合(H2、N2)
· 非极性分子构成的电介质内，P
np
n为单位
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
极化电荷

q' ( '、 '）
极化后果：从原来处处电中性变成出现了宏观的极 化电荷 可能出现在介质表面 （均匀介质）面分布 可能出现在整个介质中 （非均匀介质）体分布 极化电荷会产生电场——附加场（退极化场）
必有电荷因为极化而移动从而
nqV nqldScos nql d S P d S
P在dS上的通量
穿过 dS, 该柱体内极化电荷的总量为 ：
对于介质中任意闭合面P的通量=？


取一任意闭合曲面S 以曲面的外法线方向n为正 极化强度矢量P经整个闭合面S的通量等于 因极化穿出该闭合面的极化电荷总量q’ 根据电荷守恒定律，穿出S的极化电荷等 于S面内净余的等量异号极化电荷－q’
极化的描绘：P、q’、E’
极化强度矢量P：描述介质在外电场作用 下被极化的强弱程度的物理量 定义：单位体积内电偶极矩的矢量和

介质中一点的 P(宏观量 )
微观量
P lim
p
分子
V 0
V
介质的体积，宏 观小微观大（包 含大量分子）
说明：
· P是位置的函数
· 单位： C/m2
P与q’的关系

V dSl cos
以位移极化为模型讨论
设介质极化时每一个分子中的
正电荷中心相对于负电荷中心有 一位移l ,用q代表正、负电荷的电 量,则一个分子的电偶极矩
设单位体积内有n
P分子 ql
P nP分子 nql
个分子 ——有 n个电偶极子
在介质内部任取一面元矢量dS,
电 磁 介 质（一）
相互作用
场

ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ物质
物质与场是物质存在的两种形式 物质性质：
非常复杂（只能初步地讨论）
有作用？
物质固有的电 磁结构 物质
场
自由电荷：宏观移动 束缚电荷：极化
磁介质磁化
电磁介质
电介质 磁介质(一)------分子电流观点 磁介质(二)------磁荷观点 磁介质两种观点的等效性 磁介质的磁化规律和机理 铁电体 导体、电磁介质界面上的边界条件--磁路定理 电磁能
, e ' P
例题二 : 求一均匀极化的电介 质球表面上极化电荷 (p212)和 退极化场



已知极化强度矢量P 均匀极化——P为常数 球关于z轴旋转对称 其表面任意一点的极化电荷面密度e’ 只与有关,则 有 右半球， 90 , 'e 0 'e P cos 左半球， 90 , 'e 0 , 'e 0， 0、， 'e 最大 2
小体积V内 p分= 0
p分(称感应电矩) 0 · V内 p分 0
V内 p分 0
结果：出现极化电荷（不能自由移动）→束缚电荷
外电场越强 | p分| 越大
说明
（1）电子位移极化效应存在于任何电介质中，
而分子取向极化只存在于有极分子构成的电介
质。 （2）在有极分子中取向极化是主要的。无 极分子中位移极化是唯一的。 （3）在很高频率的电场中作用下，取向极化跟 不上外电场的变化，只有位移极化起作用。
外场

E E0 E'
极化电荷 产生的场
极化过程中：极化电荷与外场相互影响、相互制约， 过程复杂——达到平衡（不讨论过程） 平衡时总场决定了介质的极化程度

P q' ( ' , ' ) E E 0 E '

描 绘 极 化
三者从不同角度定量地描绘同一物理现象 ——极化，之间必有联系，这些关系—— 电介质极化遵循的规律
P d S q' q'
S 穿出 S面 S内
普遍规律
均匀介质：介质性质不随空间变化 可以证明 进去=出来——闭合面内不出现净电荷 ‘＝0 非均匀介质：进去出来，闭合面内净电荷 ‘ 0 均匀极化：P是常数

注意区分
均匀介质中P与e‘的关系
在均匀介质表面取一面元如图 则因极化而穿过面元dS的极化电荷数量为

电荷层的体积
'e dS nqldS cos
nq l d S P ndS
90 , 'e P n Pn 0 90 , 'e P n Pn 0

出现正电荷
出现负电荷
例:
'e P n
极化强 度矢量 在介质 表面的 法向分 量
对于大多数常见的各向同性线性电介质:
例:
退极化场E’

附加场E’：
在电介质内部：附加场与外电场方向相反，削弱 在电介质外部：附加场与外电场方向相同，加强
复习
无极分子
有极分子
例题一：求沿轴均匀极化电介质圆棒上极化 电荷分布

P是常数


2
, e ' 0
0, e ' P
微观：电偶极矩p分子＝0，(l=0) 宏观： 中性不带电
±±±±± ±±±±± ± ± ± ± ±
有极分子：正负电荷中心不重
合(H2O、Hcl)
微观：电偶极矩p分子0，(l
宏观：中性不带电
0)
↘↗↙→← ↓→↗↘↙ ↙↓↙↗↘
每个分子 p分 = 0 V内 p分 = 0
一个分子p分 0