《介质静电场》课件.ppt
介质静电场
导言
静电场是电磁场的一个重要分支，是理解电磁现象的基础。
静电场在日常生活和工业生产中有着广泛的应用。
本课程将深入探讨介质静电场的理论知识和实际应用。
静电场概述
静电场
静电场是由静止电荷产生的电场，在时间上是稳定的。
电场力
静电场对电荷施加的力称为静电场力，是保守力。
电势能
静电场中电荷所具有的能量称为静电势能。
电场强度
定义
电场强度是描述电场对电荷作用强弱的物理量，它是矢量。
公式
电场强度的大小等于单位正电荷在该点所受的电场力的大小。
单位
电场强度的单位是牛顿每库仑(N/C)，也可以用伏特每米(V/m)表示。
电通量和高斯定律
1
电通量
穿过曲面的电场线数量
2
高斯定律
封闭曲面上的电通量与封闭曲面内净电荷成正比
3
应用
计算电场强度，求解静电场问题
电势和电势能
电势
电势是指电场中某一点的电势能与单位正电荷的比值，它反映了电场力对单位正电荷做功的能力。
电势能
电势能是指电荷在电场中具有的能量，它与电荷的电量和电势有关，反映了电荷在电场中所处的能量状态。
关系
电势和电势能相互关联，电势能是电势的另一种表示形式。
静电能量
带电导体
带电导体储存的能量等于其电势能，可由电场强度和电位移矢量积分得到。
电容器
电容器储存的能量取决于其电容和电压的平方，是电场能量的具体体现。
极化概念
电介质极化
电介质在电场作用下，内部的电荷发生重新分布，从而使介质内部产生电极化的现象。
极化强度
表示电介质极化程度的物理量，定义为单位体积电介质中所有电偶极矩的矢量和。
极化类型
根据电介质的微观结构，极化主要分为电子极化、离子极化、取向极化三种。
极化机理
1
电子极化
在电场的作用下，原子或分子中的电子云发生畸变，导致正负电荷中心分离，产生电偶极矩。
2
离子极化
在电场作用下，离子晶体中正负离子发生相对位移，产生电偶极矩。
3
取向极化
在电场作用下，极性分子原本随机取向，电场使其沿电场方向排列，产生宏观的偶极矩。
电介质性质
介电常数
反映电介质极化能力的物理量，决定着电介质储存电能的能力。
极化强度
描述电介质极化程度的物理量，反映着电介质储存电能的程度。
介电损耗
电介质在电场中储存电能时产生的能量损耗，反映着电介质的能量转化效率。
线性电介质
1
极化强度与电场强度成正比
线性电介质的极化强度与其所处的电场强度成正比。这意味着介质的极化程度随着电场强度的增加而线性增加。
2
介电常数是常数
线性电介质的介电常数是一个常数，表示电介质极化能力的大小。在一定范围内，介电常数与温度无关。
3
电场强度和极化强度方向一致
线性电介质的极化方向与电场强度方向一致，这意味着极化强度矢量始终与电场强度矢量平行。
非线性电介质
极化强度与电场强度不成线性关系
非线性电介质的极化强度与电场强度之间不满足线性关系，导致电介质的介电常数随电场强度的变化而变化。
电滞回线
非线性电介质在交变电场作用下，其极化强度与电场强度的关系呈闭合曲线，称为电滞回线。
电介质边界条件
电场强度变化规律
电位移矢量变化规律
边界条件应用
电容概念
定义
电容是衡量导体储存电荷能力的物理量，通常用符号“C”表示。
公式
电容的值等于导体储存的电荷量与其所带的电势差之比。
单位
电容的单位是法拉（F）。
电容器的电场
1
电容板间的电场
均匀电场
2
电场强度
与电势差和极板间距有关
3
电场方向
从正极板指向负极板
电容器的电场主要集中在电容板之间，可以看作均匀电场，其电场强度与电势差和极板间距有关，方向从正极板指向负极板。
电容器的能量
电场能量
电容器存储的能量储存在其电场中。
能量公式
能量由公式W=1/2*C*V^2计算。
能量释放
能量以电能的形式释放，例如在电子电路中使用。
电容器的类型
平行板电容器
最常见的类型，由两块平行金属板构成，中间填充电介质。
圆柱形电容器
由两个同轴圆柱体构成，外层圆柱体作为外电极，内层圆柱体作为内电极，中间填充电介质。
球形电容器
由两个同心球面构成，外层球面作为外电极，内层球面作为内电极，中间填充电介质。
绝缘材料和设计
绝缘材料
绝缘材料在电气系统中起着至关重要的作用，它们防止电流泄漏，确保安全运行。
设计原则
选择合适的绝缘材料需要考虑其电气性能、机械强度、温度耐受性和成本等因素。
静电屏蔽原理
封闭导体
封闭导体内部的电场为零。
外部电场
外部电场不能穿透封闭导体。
静电屏蔽
封闭导体内部不受外部电场影响。
静电场问题的求解
边界条件
首先，确定电场边界条件，如电势或电场强度在特定表面上的值。
方程求解
利用静电场的基本方程，如高斯定律或泊松方程，求解电场分布。
结果分析
分析求解结果，并验证其是否符合实际情况，例如是否满足边界条件。
静电场强度分布
1