《电介质与磁介质》PPT课件.ppt

9电介质与磁介质 r 电介质的相对介电常数 电介质 能够对外电场产生影响的绝缘物质 比值与电源电压无关 磁介质 能够在磁场中显示磁性的物质 电介质 云母 纸张 蒸馏水等 磁介质 铝 锰 铜 铋 铁 镍 硅钢等 1 电介质极化现象 v 充电 插入电介质 更换电源 更换介质 比值与介质性质有关 充电后极板上电荷未变 而插入介质后电场变化 在外电场作用下 介质中出现电荷集聚的现象 极化现象 聚集起来的电荷称为 极化电荷 说明介质中产生了电荷集聚 其电场削弱了介质中的电场 2 电介质的极化机理 无极分子与有极分子 无极分子 正负电荷中心重合 有极分子 正负电荷中心不重合 特点 无固有的电偶极子 特点 有固有的电偶极子 无极分子 有极分子 无外场时 无极分子电介质 有极分子电介质 整体对外不显电性 热运动 位移极化与取向极化 有外场时 位移极化 取向极化 无极分子电介质 有极分子电介质 束缚电荷 束缚电荷 说明 两种极化的宏观效果一样 极化电场与外电场方向相反 各向同性的均匀介质中极化电荷仅出现在介质的表面处 极化电荷的电场不能完全抵消外电场 除非介质被击穿 取向极化中也有位移极化 3 电介质中的高斯定理 各向同性介质 电介质的介电常数或电容率 定义电位移矢量 说明 介质中高斯定理的一般性公式 2 公式2适用任何电介质 r 公式1适用各向同性的均匀电介质 并且要求电介质充满电场所在的整个空间 或介质面为等势面的情况 各向同性介质 各向异性介质 解 此题为各向同性均匀介质 介质面为等势面 应用高斯定理时 将换为高斯面所在的介质中 就无须考虑束缚电荷的存在 例导体球壳置于均匀各向同性介质中 如图示 求 1 电场的分布 2 紧贴导体球表面处的极化电荷 R1 R2 R0 Q0 r 每个分子的电偶极矩 定义 极化强度矢量 电偶极子排列愈有序 极化强度愈强 R1 R2 R0 Q0 r 例 平行板电容器 其中充有两种均匀电介质 求 各电介质层中的场强 解 做一个圆柱形高斯面 同理 做一个圆柱形高斯面 1 各电介质层中的场强不同 2 相当于电容器的串联 讨论 电介质放入外场 相对介电常数 磁介质放入外场 相对磁导率 反映磁介质对原场的影响程度 4 磁介质的磁化 磁介质放入外磁场中 产生附加磁场 使介质内的总磁场发生变化的现象叫做 磁介质磁化 抗磁质 顺磁质 铁磁质 抗 顺磁质为弱磁性物质 铁磁质为强磁性物质 抗磁质 对外不显磁性 顺磁质 由于热运动 对外也不显磁性 无外磁场作用时 5 磁介质磁化的微观机理 分子中电子绕核运动和电子本身自旋运动 等效圆电流 分子电流 分子磁矩 顺磁质与抗磁质 铁磁质 磁性物质的组合体 磁畴 铁磁质 由于热运动 对外也不显磁性 每个磁畴区的 束缚电流 以无限长螺线管为例 在磁介质内部的任一处 相邻的分子环流的方向相反 互相抵消 在磁介质表面处各点 分子环流未被抵消 形成沿表面流动的面电流 束缚电流 磁化电流 结论 介质中的磁场由传导电流和束缚电流共同产生 6 磁介质中的安培环路定理 介质内可能有磁化电流 由 定义 介质磁导率 各向同性的磁介质 弱磁性物质 各向异性的磁介质 弱磁性物质 介质上的束缚电流和磁化程度有关 磁场强度 磁偶极子排列愈有序 磁化强度绝对值越大 理论可证明 由 定义 磁化强度矢量 定义 磁场强度 历史上对磁场强度和磁感应强度命名虽不大合适 但一直沿用至今 每个分子磁矩 讨论 各向同性磁介质 上式是介质中安培环路定理的一般性公式 各向异性磁介质 比较 磁介质的磁化所产生的附加磁场可以与原磁场方向相同 也可以相反 而电极化产生的附加电场只能与原电场方向相反 磁介质有磁滞现象 电介质无此概念 例如图所示的环形螺线管内 充满相对磁导率为的磁介质 以I0表示传导电流 管上均匀地绕有N匝线圈 试求螺线管内各点的磁感应强度 解以半径R作一圆形闭合回路 根据对称性及磁介质中的安培环路定