電介質(zhì)和磁介質(zhì)

1、電介質(zhì)和磁介質(zhì)電介質(zhì)和磁介質(zhì) 充電后極板上電荷未變，而插入介質(zhì)后電場(chǎng)變化充電后極板上電荷未變，而插入介質(zhì)后電場(chǎng)變化. .分析分析在外電場(chǎng)作用下，介質(zhì)中出現(xiàn)電荷集聚的現(xiàn)象在外電場(chǎng)作用下，介質(zhì)中出現(xiàn)電荷集聚的現(xiàn)象極化現(xiàn)象。極化現(xiàn)象。聚集起來的電荷稱為聚集起來的電荷稱為極化電荷。極化電荷。說明說明介質(zhì)中產(chǎn)生了電荷集聚，其電場(chǎng)削弱了介質(zhì)中的電場(chǎng)。介質(zhì)中產(chǎn)生了電荷集聚，其電場(chǎng)削弱了介質(zhì)中的電場(chǎng)。2. 2. 電介質(zhì)的極化機(jī)理：電介質(zhì)的極化機(jī)理：無極分子與有極分子無極分子與有極分子無極分子：正負(fù)電荷中心重合。無極分子：正負(fù)電荷中心重合。有極分子：正負(fù)電荷中心不重合。有極分子：正負(fù)電荷中心不重合。特點(diǎn)：無固有

2、的電偶極子。特點(diǎn)：無固有的電偶極子。特點(diǎn)：有固有的電偶極子。特點(diǎn)：有固有的電偶極子。無極分子無極分子 + + - -lqp0pHHHHC4CH0104HHOOH2v無外場(chǎng)時(shí)無外場(chǎng)時(shí)(無極分子電介質(zhì)無極分子電介質(zhì))(有極分子電介質(zhì)有極分子電介質(zhì))整體對(duì)外不顯電性整體對(duì)外不顯電性（熱運(yùn)動(dòng)）（熱運(yùn)動(dòng)）位移極化與取向極化位移極化與取向極化v有外場(chǎng)時(shí)有外場(chǎng)時(shí)0Ep位位移移極極化化0Ep取取向向極極化化 無極分子電介質(zhì)無極分子電介質(zhì) 有極分子電介質(zhì)有極分子電介質(zhì)束束縛縛電電荷荷束束縛縛電電荷荷r說明說明兩種極化的宏觀效果一樣。兩種極化的宏觀效果一樣。極化電場(chǎng)與外電場(chǎng)方向相反。極化電場(chǎng)與外電場(chǎng)方向相反。各向

3、同性的均勻介質(zhì)中極化電荷僅出現(xiàn)在介質(zhì)的表面處。各向同性的均勻介質(zhì)中極化電荷僅出現(xiàn)在介質(zhì)的表面處。00 0EEE極化電荷的電場(chǎng)不能完全抵消外電場(chǎng)，除非介質(zhì)被擊穿。極化電荷的電場(chǎng)不能完全抵消外電場(chǎng)，除非介質(zhì)被擊穿。取向極化中也有位移極化。取向極化中也有位移極化。3.3.電介質(zhì)中的高斯定理電介質(zhì)中的高斯定理v各向同性介質(zhì)各向同性介質(zhì)01EEr內(nèi)qSE0001d內(nèi)001dqSEr01d內(nèi)qSEr0電介質(zhì)的介電常數(shù)或電容率電介質(zhì)的介電常數(shù)或電容率1r2r0r定義定義 電位移矢量：電位移矢量：inSSqSD0d說明說明 ：(介質(zhì)中高斯定理的一般性公式。介質(zhì)中高斯定理的一般性公式。)ED(2) 公式公式2適

4、用任何電介質(zhì)。適用任何電介質(zhì)。(3) D不受極化電荷影響不受極化電荷影響, ,在介質(zhì)內(nèi)連續(xù)。在介質(zhì)內(nèi)連續(xù)。+- - - - - - - - -+- - - - - - - - - - - - - - - - - - - -DE r 公式公式1 1適用各向同性的均勻電介質(zhì)適用各向同性的均勻電介質(zhì). .并且要求電介質(zhì)充滿并且要求電介質(zhì)充滿 電場(chǎng)所在的整個(gè)空間電場(chǎng)所在的整個(gè)空間, ,或介質(zhì)面為等勢(shì)面的情況?；蚪橘|(zhì)面為等勢(shì)面的情況。（各向同性介質(zhì)）（各向同性介質(zhì)）ED（各向異性介質(zhì)）（各向異性介質(zhì)）PED0解：此題為各向同性均勻介質(zhì)，介質(zhì)解：此題為各向同性均勻介質(zhì)，介質(zhì)面為等勢(shì)面，應(yīng)用高斯定理時(shí)，將面

5、為等勢(shì)面，應(yīng)用高斯定理時(shí)，將 換為高斯面所在的介質(zhì)中換為高斯面所在的介質(zhì)中 ，就無須考慮束縛電荷的存在。就無須考慮束縛電荷的存在。例例 導(dǎo)體球殼置于均勻各向同性介質(zhì)中導(dǎo)體球殼置于均勻各向同性介質(zhì)中, ,如圖示如圖示. .求求 (1)電電場(chǎng)的分布場(chǎng)的分布 (2)緊貼導(dǎo)體球表面處的極化電荷緊貼導(dǎo)體球表面處的極化電荷R1R21r2rR0+Q0rPV每個(gè)分子的電每個(gè)分子的電偶極矩偶極矩VpPii定義：極化強(qiáng)度矢量定義：極化強(qiáng)度矢量電偶極子排列愈有序，極化強(qiáng)度愈強(qiáng)。電偶極子排列愈有序，極化強(qiáng)度愈強(qiáng)。0) (100QQSES d) (14002QQEr ) (41020QQrE 01)11(QQr R1R

6、21rR0+Q0rE)(4102100RrRrQr )(4212200RrRrQr )(42200rRrQ )11(1r )(00Rr 例例 平行板電容器，其中充有兩種均勻電介質(zhì)。平行板電容器，其中充有兩種均勻電介質(zhì)。求求 各電介質(zhì)層中的場(chǎng)強(qiáng)各電介質(zhì)層中的場(chǎng)強(qiáng)AB1d2d1S2S12解解 做一個(gè)圓柱形高斯面做一個(gè)圓柱形高斯面1S內(nèi)）11(dSiSqSD111SSD1D同理，做一個(gè)圓柱形高斯面同理，做一個(gè)圓柱形高斯面2S2D11E22E222SSDBArEud1211021ddddddrErE2211ddroro(1) 各電介質(zhì)層中的場(chǎng)強(qiáng)不同各電介質(zhì)層中的場(chǎng)強(qiáng)不同(2) 相當(dāng)于電容器的串聯(lián)相當(dāng)于

7、電容器的串聯(lián)122121ddSuqC11uqC11dS22uqC22dS21111CCC122121ddSCr討論討論電介質(zhì)放入外場(chǎng)電介質(zhì)放入外場(chǎng)roIN0E0EEE0EErEE10相對(duì)介電常數(shù)相對(duì)介電常數(shù)磁介質(zhì)放入外場(chǎng)磁介質(zhì)放入外場(chǎng)0B0BBB0BB?rBB0相對(duì)磁導(dǎo)率相對(duì)磁導(dǎo)率r 反映磁介質(zhì)對(duì)原場(chǎng)的影響程度反映磁介質(zhì)對(duì)原場(chǎng)的影響程度 4.4.磁介質(zhì)的磁化磁介質(zhì)的磁化磁介質(zhì)放入外磁場(chǎng)中，產(chǎn)生附加磁場(chǎng)，使介質(zhì)內(nèi)的總磁場(chǎng)發(fā)磁介質(zhì)放入外磁場(chǎng)中，產(chǎn)生附加磁場(chǎng)，使介質(zhì)內(nèi)的總磁場(chǎng)發(fā)生變化的現(xiàn)象叫做生變化的現(xiàn)象叫做磁介質(zhì)磁化。磁介質(zhì)磁化。 1r抗磁質(zhì)抗磁質(zhì)1r順磁質(zhì)順磁質(zhì)1r鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)抗、順磁質(zhì)為弱磁抗

8、、順磁質(zhì)為弱磁性物質(zhì)。鐵磁質(zhì)為性物質(zhì)。鐵磁質(zhì)為強(qiáng)磁性物質(zhì)強(qiáng)磁性物質(zhì)抗磁質(zhì)抗磁質(zhì)0mp對(duì)外不顯磁性對(duì)外不顯磁性順磁質(zhì)順磁質(zhì)0mp由于熱運(yùn)動(dòng)，對(duì)外也不顯磁性由于熱運(yùn)動(dòng)，對(duì)外也不顯磁性v無外磁場(chǎng)作用時(shí)無外磁場(chǎng)作用時(shí)5.5.磁介質(zhì)磁化的微觀機(jī)理磁介質(zhì)磁化的微觀機(jī)理分子中電子繞核運(yùn)動(dòng)和分子中電子繞核運(yùn)動(dòng)和電子本身自旋運(yùn)動(dòng)電子本身自旋運(yùn)動(dòng)等效圓電流等效圓電流（分子電流）（分子電流）（分子磁矩）（分子磁矩）順磁質(zhì)與抗磁質(zhì)順磁質(zhì)與抗磁質(zhì)鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)磁性物質(zhì)的組合體磁性物質(zhì)的組合體（磁疇）（磁疇）鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)由于熱運(yùn)動(dòng)，對(duì)外也不顯磁性由于熱運(yùn)動(dòng)，對(duì)外也不顯磁性每個(gè)磁疇區(qū)的每個(gè)磁疇區(qū)的0mp束縛電流束縛電流0B以

9、無限長螺線管為例以無限長螺線管為例順順磁磁質(zhì)質(zhì)0I0ISI在磁介質(zhì)內(nèi)部的任一處，在磁介質(zhì)內(nèi)部的任一處，相鄰的分子環(huán)流的方向相相鄰的分子環(huán)流的方向相反，互相抵消。反，互相抵消。在磁介質(zhì)表面處各點(diǎn)，分在磁介質(zhì)表面處各點(diǎn)，分子環(huán)流未被抵消，形成沿子環(huán)流未被抵消，形成沿表面流動(dòng)的面電流表面流動(dòng)的面電流束縛電流束縛電流(磁化電流磁化電流)結(jié)論：介質(zhì)中的磁場(chǎng)由傳導(dǎo)電流和束縛電流共同產(chǎn)生。結(jié)論：介質(zhì)中的磁場(chǎng)由傳導(dǎo)電流和束縛電流共同產(chǎn)生。sI6.6.磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理介質(zhì)內(nèi)可能有磁化電流。介質(zhì)內(nèi)可能有磁化電流。lLIlB000d由由0BBr定義定義lrLIlB00d00uurr- 介

10、質(zhì)磁導(dǎo)率。介質(zhì)磁導(dǎo)率。0dIulBL各向同性的磁介質(zhì)（弱磁性物質(zhì)）各向同性的磁介質(zhì)（弱磁性物質(zhì)）各向異性的磁介質(zhì)（弱磁性物質(zhì)）各向異性的磁介質(zhì)（弱磁性物質(zhì)）0BBr介質(zhì)上的束縛電流和磁化程度有關(guān)。介質(zhì)上的束縛電流和磁化程度有關(guān)。 0IlHLdBH磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度MBH0r討論討論各向同性磁介質(zhì)：各向同性磁介質(zhì)：BH上式是介質(zhì)中安培環(huán)路定理的一般性公式。上式是介質(zhì)中安培環(huán)路定理的一般性公式。各向異性磁介質(zhì)：各向異性磁介質(zhì)：H線不受磁介質(zhì)的影響。定義磁場(chǎng)強(qiáng)度后，應(yīng)用安培環(huán)路定線不受磁介質(zhì)的影響。定義磁場(chǎng)強(qiáng)度后，應(yīng)用安培環(huán)路定理時(shí)，無須考慮磁介質(zhì)和磁化電流的存在。理時(shí)，無須考慮磁介質(zhì)和磁化電流的存在

11、。鐵磁質(zhì)中鐵磁質(zhì)中HB 不是線性關(guān)系。不是線性關(guān)系。HB HrBHor比較比較 磁介質(zhì)的磁化所產(chǎn)生的附加磁場(chǎng)磁介質(zhì)的磁化所產(chǎn)生的附加磁場(chǎng)可以與原磁場(chǎng)方向相同，也可以相可以與原磁場(chǎng)方向相同，也可以相反。而電極化產(chǎn)生的附加電場(chǎng)只能反。而電極化產(chǎn)生的附加電場(chǎng)只能與原電場(chǎng)方向相反。與原電場(chǎng)方向相反。 磁介質(zhì)有磁滯現(xiàn)象，電介質(zhì)磁介質(zhì)有磁滯現(xiàn)象，電介質(zhì)無此概念。無此概念。例例 如圖所示的環(huán)形螺線管內(nèi)，充滿相對(duì)磁導(dǎo)率為的磁介質(zhì)，如圖所示的環(huán)形螺線管內(nèi)，充滿相對(duì)磁導(dǎo)率為的磁介質(zhì)，以以I0表示傳導(dǎo)電流，管上均勻地繞有表示傳導(dǎo)電流，管上均勻地繞有N匝線圈。試求螺線管內(nèi)匝線圈。試求螺線管內(nèi)各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。 ro0IN解解 以半徑以半徑R作一圓形閉合回路，根據(jù)對(duì)作一圓形閉合回路，根據(jù)對(duì)稱性及磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理，有稱性及磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理，有 lNIR