電動(dòng)力學(xué)課件介質(zhì)的電磁性質(zhì)

電動(dòng)力學(xué)課件介質(zhì)的電磁性質(zhì)第一頁，共十六頁，2022年，8月28日第一章第四節(jié)西華師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院介質(zhì)的電磁性質(zhì)第二頁，共十六頁，2022年，8月28日一、介質(zhì)的極化和磁化介質(zhì)：

介質(zhì)由分子組成，分子內(nèi)部有帶正電的原子核及核外電子，內(nèi)部存在不規(guī)則而迅變的微觀電磁場(chǎng)。宏觀物理量：因我們僅討論宏觀電磁場(chǎng)，用介質(zhì)內(nèi)大量分子的小體元內(nèi)的平均值表示的物理量稱為宏觀物理量（小體元在宏觀上無限小，在微觀上無限大）。在沒有外力場(chǎng)時(shí)，介質(zhì)內(nèi)宏觀電荷、電流分布不出現(xiàn)，宏觀場(chǎng)為零。

機(jī)動(dòng)目錄上頁下頁返回結(jié)束第三頁，共十六頁，2022年，8月28日

分子分類(1)有極分子：無外場(chǎng)時(shí)，正負(fù)電中心不重合，有分子電偶極矩。但固取向無矩，不表現(xiàn)宏觀電矩。(2)無極分子：無外場(chǎng)時(shí)，正負(fù)電中心重合，無分子電偶極矩，也無宏觀電矩。(3)分子電流：介質(zhì)分子內(nèi)部電子運(yùn)動(dòng)可以認(rèn)為構(gòu)成微觀電流。無外場(chǎng)時(shí)，分子電流取向無規(guī)，不出現(xiàn)宏觀電流分布。機(jī)動(dòng)目錄上頁下頁返回結(jié)束第四頁，共十六頁，2022年，8月28日

介質(zhì)的極化和磁化極化使介質(zhì)內(nèi)部或表面上出現(xiàn)的電荷稱為束縛電荷。介質(zhì)的極化：介質(zhì)中分子和原子的正負(fù)電荷在外加電場(chǎng)力的作用下發(fā)生小的位移，形成定向排列的電偶極矩；或原子、分子固有電偶極矩不規(guī)則的分布，在外場(chǎng)作用下形成規(guī)則排列。機(jī)動(dòng)目錄上頁下頁返回結(jié)束第五頁，共十六頁，2022年，8月28日介質(zhì)的磁化：介質(zhì)中分子或原子內(nèi)的電子運(yùn)動(dòng)形成分子電流，微觀上形成不規(guī)則分布的磁偶極矩。在外磁場(chǎng)力作用下，磁偶極矩定向排列，形成宏觀上的磁偶極矩。傳導(dǎo)電流：介質(zhì)中可自由移動(dòng)的帶電粒子，在外場(chǎng)力作用下，導(dǎo)致帶電粒子的定向運(yùn)動(dòng)，形成電流。機(jī)動(dòng)目錄上頁下頁返回結(jié)束第六頁，共十六頁，2022年，8月28日二、介質(zhì)存在時(shí)電場(chǎng)的散度和旋度方程1、極化強(qiáng)度

2、極化電荷密度介質(zhì)1pi=pP=n

p由于極化，分子或原子的正負(fù)電荷發(fā)生位移，體積元內(nèi)一部分電荷因極化而遷移到的外部，同時(shí)外部也有電荷遷移到體積元內(nèi)部。因此體積元內(nèi)部有可能出現(xiàn)凈余的電荷（又稱為束縛電荷）。機(jī)動(dòng)目錄上頁下頁返回結(jié)束第七頁，共十六頁，2022年，8月28日（3）在兩種不同均勻介質(zhì)交界面上的一個(gè)很薄的層內(nèi)，由于兩種物質(zhì)的極化強(qiáng)度不同，存在極化面電荷分布。（1）線性均勻介質(zhì)中，極化遷出的電荷與遷入的電荷相等，不出現(xiàn)極化電荷分布。（2）不均勻介質(zhì)或由多種不同結(jié)構(gòu)物質(zhì)混合而成的介質(zhì)，可出現(xiàn)極化電荷。機(jī)動(dòng)目錄上頁下頁返回結(jié)束第八頁，共十六頁，2022年，8月28日

3、電位移矢量的引入存在束縛電荷的情況下，總電場(chǎng)包含了束縛電荷產(chǎn)生的場(chǎng)，一般情況自由電荷密度可知，但束縛電荷難以得到(即使實(shí)驗(yàn)得到極化強(qiáng)度,他的散度也不易求得)為計(jì)算方便，要想辦法在場(chǎng)方程中消掉束縛電荷密度分布。它僅起輔助作用并不代表場(chǎng)量。它在具體應(yīng)用中與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系可由實(shí)驗(yàn)或計(jì)算來確定。4、電場(chǎng)的散度、旋度方程機(jī)動(dòng)目錄上頁下頁返回結(jié)束第九頁，共十六頁，2022年，8月28日三、介質(zhì)存在時(shí)磁場(chǎng)的散度和旋度方程

1、磁化強(qiáng)度

2、磁化電流密度（矢量）mi=mM=nm當(dāng)介質(zhì)被磁化后，由于分子電流的不均勻會(huì)出現(xiàn)宏觀電流，稱為磁化電流。機(jī)動(dòng)目錄上頁下頁返回結(jié)束第十頁，共十六頁，2022年，8月28日3、極化電流密度

在介質(zhì)交界面上的一個(gè)薄的層內(nèi)，存在磁化面電流分布4、誘導(dǎo)電流

5、磁場(chǎng)強(qiáng)度

實(shí)質(zhì)是電場(chǎng)變化率介質(zhì)中的磁場(chǎng)由共同決定

機(jī)動(dòng)目錄上頁下頁返回結(jié)束第十一頁，共十六頁，2022年，8月28日磁場(chǎng)強(qiáng)度6、關(guān)于磁場(chǎng)的散度、旋度方程機(jī)動(dòng)目錄上頁下頁返回結(jié)束第十二頁，共十六頁，2022年，8月28日四、介質(zhì)中的麥克斯韋方程

2、12個(gè)未知量，6個(gè)獨(dú)立方程，求解必須給出與，與的關(guān)系。

1、介質(zhì)中普適的電磁場(chǎng)基本方程，可用于任意介質(zhì)，當(dāng)，回到真空情況。機(jī)動(dòng)目錄上頁下頁返回結(jié)束第十三頁，共十六頁，2022年，8月28日五、介質(zhì)中的電磁性質(zhì)方程

1、電磁場(chǎng)較弱

首先討論非鐵磁介質(zhì)均呈線性關(guān)系⑴各向同性均勻介質(zhì)極化率電容率相對(duì)電容率磁化率磁導(dǎo)率相對(duì)磁導(dǎo)率機(jī)動(dòng)目錄上頁下頁返回結(jié)束第十四頁，共十六頁，2022年，8月28日⑵各向異性介質(zhì)（如晶體）

磁導(dǎo)率張量各向異性介質(zhì)電性質(zhì)方程矩陣形式電容率張量機(jī)動(dòng)目錄上頁下頁返回結(jié)束第十五頁，共十六頁，2022年，8月28日2、電磁場(chǎng)較強(qiáng)時(shí)

電位移矢量與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系為非線性關(guān)系對(duì)于鐵磁物質(zhì)，一般情況不僅非線性，而且非單值在電磁場(chǎng)頻率很高時(shí)，情況更復(fù)雜，介質(zhì)會(huì)出現(xiàn)色散現(xiàn)象。即使在電磁場(chǎng)較弱的情