电动力学(第2版 微课视频版) 课件 Chap2-3 介质的电磁特性

§2.3介质的电磁特性一、介质的极化二、电位移矢量三、介质的磁化四、磁场强度一、介质的极化

介质分子（或原子）内原子核和电子作用力很强，所有电子被束缚在原子核周围，其内没有自由电荷，呈电中性。无极分子、有极分子、化合物一般属于此。

从电磁学观点来看，介质是一种带电粒子系统，其内部存在着不规则而又迅速变化的微观电磁场。在没有外场时，介质内宏观电荷、电流不出现，宏观场为零。在研究宏观电磁现象时，我们所讨论的物理量是在一个包含大数量分子的物理小体积内的平均值，称为宏观物理量。1.极化(polarized)的定义极化的方式极化:介质在外电场作用下,正负电荷发生微小位移,或者固有偶极距发生一定取向，从而产生偶极矩的现象。2.极化的几种方式

电子极化:原子核和周围电子云在外场作用下朝相反方向位移,原子核偏离电子云,产生偶极矩.

取向极化:介质分子具有固有偶极矩,但宏观上偶极矩为零,在外场作用下固有偶极矩转向外场方向,出现净偶极矩.

离子极化:离子化合物中，正负离子在外场作用下从其平衡位置发生位移的极化3.电极化强度表征电介质极化程度的物理量，用单位体积内的偶极矩(p=ql)来衡量，用表示。

设在体积内有

N个偶极子，每个偶极子的平均偶极矩为，则理论和实践表明，大多数介质存在如下关系为电介质的电极化率。对于均匀、线性、各向同性的介质，与位置、场强大小、方向无关，是常数；复杂情形下，若与方向有关，为各向异性介质。

4、束缚电荷(boundcharge)i、束缚电荷：

介质极化后，在介质内部和其表面上分别出现的一种被束缚在周围、不能自由移动的电荷。

非均匀介质极化后一般在整个介质内部都出现束缚电荷；在均匀介质内，束缚电荷只出现在：（1）自由电荷附近；（2）介质界面处。

在介质中任取一面元，长度为

的体积元为，且为束缚正负电荷的位移。ii、束缚电荷体密度

在外场作用下,穿过包围体积的闭合面的束缚电荷为则留在内的束缚电荷必为根据电荷守恒,得利用高斯定理,得iii、束缚电荷面密度

介质极化后，在介质表面附近薄层产生的极化电荷，称为束缚面电荷。dS介质1介质2穿出薄层穿入薄层单位横截面上的束缚电荷称为束缚电荷面密度：

二、电位移矢量1、电位移矢量介质束缚电荷电场极化表明:的散度仅取决于自由电荷密度,与束缚电荷无关,为了避免计算的麻烦,引入辅助量定义为电位移矢量。2、介质中的高斯定理由上式，得的散度及积分形式

定义为介质的介电常数适用于均匀、线形、各向同性的介质——介质的相对介电常数所以磁化的定义：介质分子内的电子运动形成微观分子电流。在外磁场作用下，分子电流适当取向，在宏观上出现磁矩的现象。

原子内部，电子围绕原子核作轨道运功，并作自旋运动。两种运动各自产生轨道运动磁矩与自旋磁矩。原子磁矩是指两部分的矢量之和。三、介质的磁化1、物质的磁化与磁介质的分类为反映磁介质被磁化的程度，引入磁化强度。表征磁介质被磁化的程度的物理量,用表示。

mi=m=iSM=nm2、磁化强度定义:

在外磁场作用下，磁介质中每个原子的平均净磁矩为m，单位体积内的原子数为n，则磁化强度为

磁化强度与电介质中的极化强度相对应,

是一个宏观量。

设S为介质内部的一个曲面，其边界为l.计算从前面S流向背面的总磁化电流。只有在分子(原子)电流被S的边界l链环着时，这些分子才对有贡献。3、磁化电流定义磁介质被磁化后，在其内部及表面上会出现的电流.

下面推导它与磁化强度M的关系式。（1）、磁化电流密度其它情况下，或者分子电流根本不通过S，或者从后边流出来又从前面流入，对没贡献。

通过S的总磁化电流等于边界线l所链环的分子数目乘以每个分子电流i。取以边界线l上的线元dl为柱轴，分子电流面积a为底面积的圆柱元，则原子中心位于圆柱元内的分子电流环就被dl所穿过。则从前面向背面的总磁化电流为磁介质磁化、极化电流磁场磁化四、磁场强度磁介质总磁场为原来外加的磁场与附加磁场矢量之和1、磁场强度的定义在磁介质中，全电流定理的微分形式中的电流密度应既包括自由电流密度和总诱导电流密度，即代入上式，得将令——磁场强度即2、磁导率实验指出，对于除铁磁物质以外的均匀、线性和各向同性的磁介质，

与成正比，即称为磁化率。相对磁导率由得3、介质的介电常数和磁导率的的类型(1)各向同性介质

(2)各向异性介质（如晶体）

磁导率张量电容率张量各向异性