电介质公式汇总

电介质一章的核心公式与定理梳理,按逻辑链展开:极化 → 电位移 → 介质高斯定理 → 边界条件 → 电容器应用


1. 电极化

电极化强度

单位体积内电偶极矩的矢量和。单位:。

极化电荷

类型公式含义
体密度内部极化电荷体密度
面密度表面极化电荷面密度

线性各向同性介质

符号含义
电极化率(无量纲),反映介质极化难易程度
介质中的总电场(自由电荷 + 束缚电荷产生)

2. 电位移矢量

定义

本构关系(线性介质)

符号名称单位
相对介电常数无量纲
绝对介电常数
电极化率无量纲

3. 介质中的高斯定理

积分形式

微分形式

通过闭合曲面的电位移通量只与自由电荷有关,与束缚电荷无关——这是引入 的核心目的。


4. 介质边界条件

电场强度切向连续

由电场环路定理 导出。

电位移法向跃变

由介质高斯定理在界面上取微小薄板导出。通量流出为正。

无自由电荷时法向连续

电场线的折射定律

为电场线与界面法线的夹角。由 和 联合导出。


5. 电容器中的电介质

电容增大公式

两极板间充满均匀电介质时,电容增至真空时的 倍。

平行板电容器(充满介质)

介电强度

每种电介质能承受的最大电场强度,超过则击穿。

材料介电强度 (kV/mm)
空气3
云母100–200
陶瓷10–20
变压器油10–30

解题思路

处理介质中的静电场问题,一般步骤:

  1. 分析自由电荷分布 → 对称性判断
  2. 用介质高斯定理求 →
  3. 用本构关系求 →
  4. 用边界条件衔接不同介质 → , (无自由电荷时)
  5. 由 求极化 → ,

知识图谱


相关笔记:1 - 电介质的极化 | 2 - 电位移矢量 | 3 - 介质高斯定理 | 4 - 介质边界条件 | 5 - 电容器中的电介质