当前课程知识点:电磁场工程应用 > 第1章 静电场 > 1.5静电场中的导体和电介质 > 静电场中的导体和电介质
大家好
下面讨论静电场中的导体和电介质
当电场中存在物质时电场和物质之间会发生作用
根据物质的电特性
可将物质分为导体和电介质
下面就先来看一下静电场中的导体
导体中的自由电子在外电场的作用下会在导体内部移动
并在导体表面聚集形成附加电场
直到附加电场和外电场对自由电子的作用相互抵消为止
此时导体达到静电平衡
静电平衡时的导体具有以下特点
导体内部电场强度处处为零
导体内部没有自由电荷
电荷只分布在导体表面
导体为一等位体
导体表面为等位面
导体外表面附近电场强度垂直于导体表面
接下来看一下静电场中的电解质
电解质又分为极性分子和非极性分子电解质
对于非极性分子分子的正负电荷中心重合
对外呈电中性
但是
在外电场的作用下
重合的正负电荷中心发生位移
并形成与外面的方向大致相同的电偶极子
而对于极性分子分子的正负电荷中心不重合
形成电偶极子
电偶极子对外不呈电中性
但是电解质内部大量极性分子形成的电偶极子排列杂乱无章
因此电解质整体对外依然呈电中性
在外电场的作用下
正负电荷形成的电偶极子向外电场方向发生转动
微波炉能加热食物
正是利用了极性分子会随外电场电场方向变化而转动的特性
微波炉加热食物主要是加热食物中的水
水分子就是极性分子
因此水分子会随外电场电场方向的变化而转动
微波炉将电能转换成微波
微波是电场方向周期性变化的电磁波
其变化频率高达每秒几十亿次
食物中的水分子在微波周期性变换方向的电场的作用下
不断地改变方向高速转动
在这个过程中与其他分子碰撞摩擦产生热量
从而加热食物
不管是极性分子还是非极性分子
电解质在外电场的作用下
内部都会形成方向大致相同的电偶极子
这种现象称为电介质的极化
因为内部形成方向大致相同的电偶极子
所以电介质整体对外不再呈电中性
下面就来看一下
图示介质极化后产生的电场
为方便描述电介质的极化特性引入极化强度矢量P
其定义为电介质单位体积内电偶极矩的矢量和
如果图示电介质内部r'处的极化强度矢量为P(r')
那么
r'体积元dV'的等效电偶极矩为该式
由电偶极矩的远区电位表达式
可得该等效电偶极矩在远区位置
r处产生的电位为该式
进一步整理便可得到该式
电介质整体极化后
在远区位置r处产生电位
便是该式在电介质内部的体积分
根据矢量运算性质
便可由上次得到该式
再由这个矢量运算性质便可得到该式
最后
由散度定理便可得到下式
式中S'为介质的外表面
方向由介质内部指向介质外部
由该电位表达式不难发现式中的第一项
是面分布电荷产生电位
而式中的第二项为体分布电荷产生电位
因此
可得到
介质极化后产生的电荷分布在介质表面的面密度
以及在介质内部的体密度
显然两者都和介质极化强度矢量P有关
对于线性各向同性的电介质
其极化强度矢量P可由该式给出
其中
χe称为电介质的电极化率
以上就是本次的全部内容
谢谢
-0.1 场与路
--场与路
--场与路
-0.2 矢量的基本运算
--矢量的基本运算
--矢量的基本运算
-0.3 场的直观表示--场线
--场的直观表示
--场的直观表示
-0.4 标量场的方向导数和梯度
-0.5.1 矢量场的通量和散度
-0.5.2 矢量场的环量和旋度
-0.6 散度和旋度
--散度和旋度
--散度和旋度
-0.7 亥姆霍兹定理
--亥姆霍兹定理
--赫姆霍兹定理
-第0章 场的概念--第0章习题
-1.1静电场的源
--静电场的源
--静电场的源
-1.2电场强度
--电场强度
--电场强度
-1.3电位
--电位
--电位
-1.4电偶极子
--电偶极子
--电偶极子
-1.5静电场中的导体和电介质
-1.6高斯定理
--高斯定理
--高斯定理
-1.7静电场的基本方程
--静电场的基本方程
--静电场的基本方程
-1.8静电场分界面的衔接条件
-1.9静电场的边值问题及求解
-1.10镜像法
--镜像法
--镜像法
-1.11电轴法
--电轴法
--电轴法
-1.12地球的电容-电容及求解
-1.13静电力与静电能量
--静电力与静电能量
--静电力与静电能量
-1.14高电压技术中的电场问题
-第1章 静电场--第1章习题
-2.1鱼塘大量死鱼之谜-电流及电流密度
-2.2三大定律
--三大定律
--三大定律
-2.3电源电动势和局外场强
-2.4恒定电场的基本方程和边界条件
-2.5电流为什么弯曲?--恒定电场边界条件的应用
-2.6恒定电场的边值问题
-2.7恒定电场与静电场的比拟
-2.8恒定电场的工程应用:电导和部分电导
-2.9别墅起火之谜--绝缘电阻
-2.10奶牛被严重击伤,人却安全无恙?--跨步电压
-第2章 恒定电场--第2章习题
-3.1磁感应强度
--磁感应强度
--磁感应强度
-3.2磁场中的物质--磁化
-3.3安培环路定理
--安培环路定理
--安培环路定理
-3.4恒定磁场基本方程及分界面的衔接条件
-3.5.1矢量磁位及其边值问题
-3.5.2标量磁位及其边值问题
-3.6恒定磁场中的镜像法
-3.7.1自感和互感的概念
-3.7.2自感和互感的计算
-3.8恒定磁场的能量
--恒定磁场的能量
--恒定磁场的能量
-3.9.2虚位移法
--磁场力-虚位移法
--磁场力-虚位移法
-3.9.3法拉第观点
-3.10磁路
--磁路
--磁路
-第3章 恒定磁场--第3章习题
-4.1电磁感应定律
--电磁感应定律
--电磁感应定律
-4.2感应电场
--感应电场
-4.3全电流定律
--全电流定律
-4.4麦克斯韦方程组
--麦克斯韦方程
-4.5.1坡印廷定律和坡印廷矢量
-4.5.2坡印廷定理的应用
-4.6.1 动态位的引入
--动态位的引入
-4.6.2 动态位的积分解
--动态位的积分解
-4.7.1时谐电磁场及其复数表示
-4.7.2麦克斯韦方程的复数形式
-4.7.3复介电常数
-4.7.4坡印廷定理的复数形式
-4.7.5时谐场的坡印廷矢量
-4.7.6时变场计算实例
--时变场计算实例
--时变场计算实例
-第4章 时变电磁场--第4章习题
-5.1 均匀平面电磁波的概念
-5.2.1 无界理想介质中平面波的方程
-5.2.2 无界理想介质中的平面波传播特性
-5.3.1导电媒质中均匀平面波的方程
-5.3.2导电媒质中均匀平面波的传播特性
-5.3.3 4G手机能否用于煤矿的井上下通信?
--4G手机
-5.3.4潜艇通信困难?
--海水潜艇通信困难
-5.3.5良导体和良介质中均匀平面波的传播特性
-5.3.6趋肤效应
--趋肤效应
--趋肤效应
-5.3.7趋肤效应的工程应用2例
-5.4.1 电磁波的极化
--电磁波的极化
--电磁波的极化
-5.4.2 圆极化的旋向判断
--圆极化的旋向判断
--极化旋向判断
-5.4.3 极化的工程应用举例—立体电影
-第5章 均匀平面电磁波--第5章习题
-6.1.1平面电磁波对一般导电媒质的垂直入射
-6.1.2均匀电磁波对理想导体平面的垂直入射
-6.1.3均匀平面波对理想介质分界面的垂直入射
-6.1.4易拉罐增强WiFi信号?
--易拉罐增强WiFi信号?--理想导体平面对电磁波的全反射
--易拉罐增强WiFi信号?--理想导体平面对电磁波的全反射
-6.2.1平面波在理想介质分界面上的斜入射
-6.2.2雷达测距和雷达低空盲区
-6.2.3光纤的传输原理—电磁波在理想介质表面的全反射
-6.2.4电磁波在理想介质表面的全透射
-第6章 平面电磁波的反射和透射--第6章习题