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1、【大学课件】第一章-4介质的电磁性质2023/3/14【可编辑】第一章第四节第一章第四节介质的电磁性质介质的电磁性质渭南师院物理与电子工程系渭南师院物理与电子工程系一、介质的极化和磁化介质：介质：介质：介质：介质由分子组成，分子内部有带正电的原子核及介质由分子组成，分子内部有带正电的原子核及介质由分子组成，分子内部有带正电的原子核及介质由分子组成，分子内部有带正电的原子核及核外电子，内部存在不规则而迅变的微观电磁场。核外电子，内部存在不规则而迅变的微观电磁场。核外电子，内部存在不规则而迅变的微观电磁场。核外电子，内部存在不规则而迅变的微观电磁场。宏观物理量：宏观物理量：宏观物理量：宏观物理量：
2、因我们仅讨论宏观电磁场，用介质内大量分子的因我们仅讨论宏观电磁场，用介质内大量分子的因我们仅讨论宏观电磁场，用介质内大量分子的因我们仅讨论宏观电磁场，用介质内大量分子的小体元内的平均值表示的物理量称为宏观物理量小体元内的平均值表示的物理量称为宏观物理量小体元内的平均值表示的物理量称为宏观物理量小体元内的平均值表示的物理量称为宏观物理量（小体元在宏观上无限小，在微观上无限大）。（小体元在宏观上无限小，在微观上无限大）。（小体元在宏观上无限小，在微观上无限大）。（小体元在宏观上无限小，在微观上无限大）。在没有外力场时，介质内宏观电荷、电流分布不在没有外力场时，介质内宏观电荷、电流分布不在没有外力场
3、时，介质内宏观电荷、电流分布不在没有外力场时，介质内宏观电荷、电流分布不出现，宏观场为零。出现，宏观场为零。出现，宏观场为零。出现，宏观场为零。机动 目录 上页 下页 返回 结束 分子分类分子分类分子分类分子分类(1)(1)(1)(1)有极分子：无外场时，正负电中心不重合，有分有极分子：无外场时，正负电中心不重合，有分有极分子：无外场时，正负电中心不重合，有分有极分子：无外场时，正负电中心不重合，有分 子电偶极矩。但固取向无矩，不表现宏观电矩。子电偶极矩。但固取向无矩，不表现宏观电矩。子电偶极矩。但固取向无矩，不表现宏观电矩。子电偶极矩。但固取向无矩，不表现宏观电矩。(2)(2)(2)(2)无
4、极分子：无外场时，正负电中心重合，无分子无极分子：无外场时，正负电中心重合，无分子无极分子：无外场时，正负电中心重合，无分子无极分子：无外场时，正负电中心重合，无分子 电偶极矩，也无宏观电矩。电偶极矩，也无宏观电矩。电偶极矩，也无宏观电矩。电偶极矩，也无宏观电矩。(3)(3)(3)(3)分子电流：介质分子内部电子运动可以认为构成分子电流：介质分子内部电子运动可以认为构成分子电流：介质分子内部电子运动可以认为构成分子电流：介质分子内部电子运动可以认为构成 微观电流。无外场时，分子电流取向无规，不出微观电流。无外场时，分子电流取向无规，不出微观电流。无外场时，分子电流取向无规，不出微观电流。无外场
5、时，分子电流取向无规，不出 现宏观电流分布。现宏观电流分布。现宏观电流分布。现宏观电流分布。机动 目录 上页 下页 返回 结束 介质的极化和磁化介质的极化和磁化极化使介质内部或表面上出现的电荷称为束缚电荷。极化使介质内部或表面上出现的电荷称为束缚电荷。极化使介质内部或表面上出现的电荷称为束缚电荷。极化使介质内部或表面上出现的电荷称为束缚电荷。介介质质的的极极化化：介介质质中中分分子子和和原原子子的的正正负负电电荷荷在在外外加加电电场场力力的的作作用用下下发发生生小小的的位位移移，形形成成定定向向排排列列的的电电偶偶极极矩矩；或或原原子子、分分子子固有电偶极矩不规则的分布，在外场作用下形成规则排
6、列。固有电偶极矩不规则的分布，在外场作用下形成规则排列。机动 目录 上页 下页 返回 结束（3 3）在在两两种种不不同同均均匀匀介介质质交交界界面面上上的的一一个个很很薄薄的的层层内内，由由于于两两种种物物质质的的极极化化强强度度不不同同，存存在在极极化面电荷分布。化面电荷分布。（1 1）线线性性均均匀匀介介质质中中，极极化化迁迁出出的的电电荷荷与与迁迁入入的的电电荷相等，不出现极化电荷分布。荷相等，不出现极化电荷分布。（2 2 2 2）不不不不均均均均匀匀匀匀介介介介质质质质或或或或由由由由多多多多种种种种不不不不同同同同结结结结构构构构物物物物质质质质混混混混合合合合而而而而成成成成的的的
7、的介质，可出现极化电荷。介质，可出现极化电荷。介质，可出现极化电荷。介质，可出现极化电荷。机动 目录 上页 下页 返回 结束 3 3 3 3、电位移矢量的引入、电位移矢量的引入、电位移矢量的引入、电位移矢量的引入 存存在在束束缚缚电电荷荷的的情情况况下下，总总电电场场包包含含了了束束缚缚电电荷荷产产生生的的场场，一一般般情情况况自自由由电电荷荷密密度度可可知知，但但束束缚缚电电荷荷难难以以得得到到(即即使使实实验验得得到到极极化化强强度度,他他的的散散度度也也不不易易求求得得)为为计计算算方方便便，要要想想办办法法在在场场方方程程中中消掉束缚电荷密度分布。消掉束缚电荷密度分布。它它仅仅起起辅辅
8、助助作作用用并并不不代代表表场场量量。它它在在具具体体应应用用中中与与电电场场强强度度的关系可由实验或计算来确定。的关系可由实验或计算来确定。4 4、电场的散度、旋度方程、电场的散度、旋度方程机动 目录 上页 下页 返回 结束 三、介质存在时磁场的散度和旋度方程三、介质存在时磁场的散度和旋度方程三、介质存在时磁场的散度和旋度方程三、介质存在时磁场的散度和旋度方程 1 1 1 1、磁化强度、磁化强度、磁化强度、磁化强度 2 2、磁化电流密度（矢量）、磁化电流密度（矢量）mi=mM=n m当当介介质质被被磁磁化化后后，由由于于分分子子电电流流的的不不均均匀匀会会出出现现宏宏观观电电流流，称称为为磁
9、化电流。磁化电流。机动 目录 上页 下页 返回 结束 3 3、极化电流密度、极化电流密度 在在介介质质交交界界面面上上的的一一个个薄薄的的层层内内，存存在在磁磁化面电流分布化面电流分布4 4、诱导电流、诱导电流 5 5、磁场强度、磁场强度 实质是电场变化率实质是电场变化率介质中的磁场由介质中的磁场由介质中的磁场由介质中的磁场由 共同决定共同决定共同决定共同决定 机动 目录 上页 下页 返回 结束 磁场强度磁场强度6 6 6 6、关于磁场的散度、旋度方程、关于磁场的散度、旋度方程、关于磁场的散度、旋度方程、关于磁场的散度、旋度方程机动 目录 上页 下页 返回 结束 四、介质中的麦克斯韦方程四、介
10、质中的麦克斯韦方程 2、12个未知量，个未知量，6个独立方程，求解必须给出个独立方程，求解必须给出 与与 ，与与 的关系。的关系。1 1、介质中普适的电磁场基本方程，可用于任意介质，、介质中普适的电磁场基本方程，可用于任意介质，当当 ，回到真空情况。，回到真空情况。机动 目录 上页 下页 返回 结束 五、介质中的电磁性质方程 1 1 1 1、电磁场较弱、电磁场较弱、电磁场较弱、电磁场较弱 首先讨论非铁磁介质首先讨论非铁磁介质首先讨论非铁磁介质首先讨论非铁磁介质均呈线性关系均呈线性关系 各向同性均匀介质各向同性均匀介质 极化率极化率电容率电容率相对电容率相对电容率磁化率磁化率磁导率磁导率相对磁导
11、率相对磁导率机动 目录 上页 下页 返回 结束 各向异性介质（如晶体）各向异性介质（如晶体）各向异性介质（如晶体）各向异性介质（如晶体）磁导率张量磁导率张量各各向向异异性性介介质质电电性性质质方方程程矩矩阵形式阵形式电容率张量电容率张量机动 目录 上页 下页 返回 结束 2 2、电磁场较强时、电磁场较强时、电磁场较强时、电磁场较强时 电位移矢量与电场强度的关系为非线性关系电位移矢量与电场强度的关系为非线性关系对于铁磁物质，一般情况不仅非线性，而且非单值对于铁磁物质，一般情况不仅非线性，而且非单值 在在电电磁磁场场频频率率很很高高时时，情情况况更更复复杂杂，介介质质会会出出现现色色散散现现象象。即使在电磁场较弱的情况即使在电磁场较弱的情况 表现为频率的函数。表现为频率的函数。3 3、导体中的欧姆定律、导体中的欧姆定律 带电粒子带电粒子晶格点阵晶格点阵电导率电导率适用于所适用于所有情况有情况作业：作业：P35 7P35 7、9 9机动 目录 上页 下页 返回 结束