电介质物理学_RISC哈理工电气专业课 哈尔滨理工大学电气.doc

电介质物理学_RISC 哈理工电气专业课哈尔滨理工大学电气 pdf 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT ,或下载源文件到本机查看。电介质物理学电气工程及其自动化刘骥 2005 绪论一、本课程研究内容( 相对) 介电常数ε介质损耗角正切 tgδ电导率γ极化无单位第一章恒定电场下电介质的极化§ 1-1 介质的极化及其表征参数一、极化定义 1 、极化过程损耗无单位电偶极子: -Q +Q 学固有偶极矩电偶极矩大小: |μ|=Q?l 方向:负电荷→正电荷单位: 德拜( Debye ) 击穿场强 Eb 击穿 MV/m 大l 电导 S/m 主要研究: 4 大参数与介质微观结构的关系二、本课程重要地位基础课专业平台课滨理工专业课 1D= × 10 ?30 C?m 微观中原子(分子) :→位移极化例子 E=0 E>0 专业基础要求掌握:基本概念、基本规律、数量级三、课程考核正负电荷中心重合正负电荷中心分离|μ|=0|μ|≠0尔宏观中介质: →转向极化例子 E=0 E>0 E>0 期末( 80% )+ 平时( 10% )+ 实验( 10% ) 哈宏观偶极矩Σμ=0 偶极子转向偶极子转向一致-2- 于是,对总电荷为零系统 E>0 E>0 束缚电荷 Ed 退极化电场内部偶极矩抵消宏观偶极矩Σμ≠0 该系统的电偶极矩: 工2、极化定义定义: 电介质在电场作用下, 沿电场方向产生偶极矩(感应偶极矩) ,介质表面产生束缚电荷(感应束缚电荷) 的现象。 m 例:已知 O-H 键偶极矩为μ O?H = × 10 ?30 C?m, 两个 O-H 键间夹角为 104 o ,求强极性水分子的固有偶极矩μH O。2 求该系统的电偶极矩。解: 设参考点至点电荷 qj 的径向量为 rj ,系统的电极矩滨理例: m 个电荷组成的系统中, 在总电荷量为零, jΣ1qj= 0,即= 解: 大学μH 2O 如图所示,令正负电荷重心坐标: 76o 尔哈 222μ=μO?H+μO?H?2?μO?H? cos 76o = × 10 ?30 C?m3 、极化结果①沿电场方向产生感应偶极矩Σμ≠0;②介质单位体积内电偶极矩向量和Σμ/ΔV≠0;③介质表面产生( 感应) 束缚电荷σ';④束缚电荷在介质内部产生退极化电场 Ed。-3- 二、表征极化的物理参数 1、极化强度①定义: 介质单位体积内电偶极矩向量和真空介质σ0( 总电荷面密度) 是表征介质在电场作用下极化程度的物理量。②P~σ' (表面束缚电荷面密度)关系( C/m2 ) σ''( 自由电荷面密度) 学Sσ'( 束缚电荷面密度)大真空下,由高斯通量定理:任何闭合曲面的电感应强度(电位移矢量)积分等于其所包含的自由电荷电量,即∫D? ds= Q'' D= Q''=σ''S滨理-4- 工尔??|Σμ|=P?ΔV=P?L?ΔS? cos θ??σ'=P? cos θ对平板电容器介质, θ=0 ,即σ'=P|Σμ|=σ'?ΔS?L 所以对平板电容器系统, 对均匀各向同性介质, D=ε0εED=ε0E (真空) D=ε0εE=σ0 D=ε0E=σ'' (真空) 哈③P~E 关系考虑平板电容器系统,外施电压恒定条件下,介质极化时电荷分布如图所示: 介质存在时,有σ0=σ' '+σ' 因而存在关系式 D=ε0E+PP