有机化学课件6-2A 徐寿昌著

这是化学、材料学的有机化学(第二版),徐寿昌著,高等教育出版社出版。希望我的文档对大家有用.

第六章 静电场中的导体和电介质

6-2 静电场中的电介质 本节只限于讨论各向同性的均匀的电介质. 本节只限于讨论各向同性的均匀的电介质. 一 电介质对电场的影响 相对电容率 电介质是由大量电中性的分子组成的绝缘 电介质是由大量电中性的分子组成的绝缘 紧束缚的正负电荷在外场中要发生变化. 体.紧束缚的正负电荷在外场中要发生变化. 在外电场中电介质要受到电场的影响, 在外电场中电介质要受到电场的影响,同 时也影响外电场. 时也影响外电场.1

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第六章 静电场中的导体和电介质

以平行板电容器极板带电量不变为例 以平行板电容器极板带电量不变为例 电量不变

U0

Q+++++++

U

-------

Q

εr +++++++ ------E0

Q

Q

U=相对电容率 相对电容率

1

εr

U0

E=电容率

εr > 1

εr

ε = ε 0ε r2

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第六章 静电场中的导体和电介质

参见P212 表6-2几种常见电介质的相对电容率和击穿场强 参见P212 参见

电介质两端极板的电压增加,极板间的电场强度E增大到Eb,介 电介质两端极板的电压增加,极板间的电场强度E增大到E 电介质两端极板的电压增加 质中分子发生电离,使电介质失去绝缘性,电介质被击穿了. 质中分子发生电离,使电介质失去绝缘性,电介质被击穿了. 电介质能承受的最大电场强度Eb~电介质的击穿场强;两极 电介质能承受的最大电场强度E 电介质的击穿场强; 电介质能承受的最大电场强度 板的电压称击穿电压U 板的电压称击穿电压Ub.3

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第六章 静电场中的导体和电介质

二 电介质的极化 电介质的分子: 1 电介质的分子: ①无极分子(Nonpolar molecule) 无极分子( 在无外场作用下:整个分子无电矩 无电矩. 在无外场作用下:整个分子无电矩. ②有极分子(Polar molecule) 有极分子( 在无外场作用下:存在固有电矩 在无外场作用下:存在固有电矩 因无序排列对外不呈现电性. 因无序排列对外不呈现电性.

电子云的 正电中心4

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第六章 静电场中的导体和电介质

2 电介质的极化 电介质

{

无极分子:(氢 甲烷,石蜡等) 无极分子:(氢,甲烷,石蜡等) 分子:( 有极分子:(水 有机玻璃等) 分子:( 有极分子:(水,有机玻璃等)

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①位移极化H H

+ + + + + + -

第六章 静电场中的导体和电介质

E0

E′无极分子 电介质 无外场 pi = 0

∑pi

i

=0

外场中(位移极化) 外场中(位移极化) p i ≠ 0 ∑ pi ≠ 0 出现束缚电荷6

i

+ + + + + + + + + + + + + + + +

H

c

H

----

+ + + -

++ + ++ + +

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②取向极化H 104 °

第六章 静电场中的导体和电介质

o有极分子 电介质 无外场 p i ≠ 0

H

-

+ -

+

E0++ +

∑pi

i

=0

E′ 外场中(转向极化) 外场中(转向极化) pi ≠ 0 ∑ p i ≠ 0

出现束缚电荷和附加电场

i

位移极化和转向极化微

观 机制不同,宏观效果相同. 机制不同,宏观效果相同. 统一描述: 统一描述:

M = p × E → p // E

∑i

p i ≠ 0 出现束缚电荷7

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第六章 静电场中的导体和电介质

极化电荷 在外电场作用下, 在外电场作用下,均匀介质表面出现电 这种电荷不能离开电介质到其它带电体, 荷,这种电荷不能离开电介质到其它带电体, 也不能在电介质内部自由移动.称为束缚电 也不能在电介质内部自由移动.称为束缚电 极化电荷. 荷或极化电荷. 束缚电荷不象导体中的自由电荷能用传导 束缚电荷不象导体中的自由电荷能用传导 方法将其引走. 方法将其引走. 在外电场中,介质表面出现束缚电荷的现象~ 在外电场中,介质表面出现束缚电荷的现象~ 出现束缚电荷的现象 电介质的极化. 电介质的极化.8

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三 电极化强度

第六章 静电场中的导体和电介质

在宏观上测量到的是大量分子电偶极矩的 统计平均值,为了描述电介质在外场中的行为 统计平均值, 引入一个物理量. 引入一个物理量. 1.电极化强度矢量 1.电极化强度矢量 P

∑p P=V

p :分子电偶极矩

p = qr

单位: 库仑/ 单位:[库仑/米2],[C/m2].9

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第六章 静电场中的导体和电介质

2.电极化强度和极化电荷面密度的关系 2.电极化强度和极化电荷面密度的关系 在电介质中一长为l, 面积为Δ 的柱体内: 面积为ΔS的柱体内:S

∑ p = σ ′Sl电极化强度的大小为

σ'+ σ'

+- - - - -+ + + +-+ - + + + + + - -

εr

P

l

∑ p = σ ′Sl =σ ′ P=V Sl

+ + + + + + + ----------- - - -

σ ' :极化电荷面密度

平板电容器中的均匀电介质, 平板电容器中的均匀电介质,其电极化强 度的大小等于极化产生的极化电荷面密度. 度的大小等于极化产生的极化电荷面密度.10

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第六章 静电场中的导体和电介质

四 极化电荷与自由电荷的关系 实验表明: 实验表明:

P = χε 0 E

χ 称为电极化率或极化率 polarizability在各向同性线性电介质中它是一个纯数. 在各向同性线性电介质中它是一个纯数.

P σ E E' '

以充满均匀,各向同性电介质的平行电 以充满均匀, 以充满均匀 容器为例: 容器为例:11

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第六章 静电场中的导体和电介质

充满均匀,各向同性电介质的平行电容器: 充满均匀,各向同性电介质的平行电容器: 平行电容器 ①放入电介质前 自由电荷 σ 0

σ0 E0 = ε0②放入电介质 ε r 后 极化电荷 σ ′

d

ε r E0 P E' E+ + +

- - - - - - - - - -′ σ

+σ 0+ + + ++++++++

- - - - - - σ 0 - ---

+ + + +

+σ ′

σ′ P E′ = = ε0 ε012

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