讲6媒质的电磁特性6-.ppt

1、真空中静电场的计算公式,真空中静电场的基本方程,真空中恒磁场的计算公式,真空中恒磁场的基本方程,静电场的基本方程,恒磁场的基本方程,根据物质在电场作用下的特性，分为三类： 导电物质：导体内部有大量能自由运动的电荷，在外电场下可以做宏观运动，可形成感应电荷,从而产生感应电场。 电介质：导电性能很差,电子被原子核紧紧束缚住，称为束缚电荷。在外电场作用下，束缚电荷不能做宏观运动，发生微观的位移，称为极化电荷，产生极化电场。 磁介质：电子的轨道运动和自旋运动形成小环电流（分子电流），在外加磁场的作用下，分子电流取向发生变化变化，称为磁化电流，产生磁化磁场。,2.4 媒质的电磁特性,2.4.1 电介质的

2、极化 电位移矢量 2.4.2 磁介质的磁化 磁场强度 2.4.3 媒质的传导特性,媒质对电磁场的响应可分为三种情况：极化、磁化和传导。,描述媒质电磁特性的参数为： 介电常数、磁导率和电导率。,电介质中的电荷不能自由运动，称为束缚电荷。,无外加电场时，由于分子不规则运动，束缚电荷对外呈现的电场为0。,2.4.1 电介质的极化 电位移矢量,在外加电场的作用下，介质发生极化。极化介质中每一个分子都是一个电偶极子，整个介质可以看成真空中电偶极子有序排列的集合体。,电位移矢量：,极化强度 极化强度代表单位体积中电矩的矢量和。 极化强度取决于介质的材料特性和外加电场强度。,空间总电场是自由电荷产生的电场与

3、极化电荷产生的电场的总和。,电介质中的场方程,介质中高斯定理,自由电荷,电介质的本构关系,简单媒质：,均匀、线性、各向同性介质为常数,均匀介质：不随介质的位置而变。,线性介质：与E的大小无关。,各向同性介质：电场强度与电位移矢量相同。,各向异性介质,表2.4.1部分电介质的相对介电常数,例2.4.1 (V4) 半径为a的球形区域内充满介电常数为的电介质，球外为真空。若已知电场分布如下，求空间电荷体密度。,解：,例：介质球及与其同心的空心介质球构成一个双介质球系统，内部球的半径为a，充满介电常数为1的介质，电荷密度为1外部球的半径为b，充满介电常数为2的介质，电荷密度为2，系统之外为真空。求空间

4、电场强度和电位移矢量。,解：,由于电荷分布具有球对称性，所以电场具有球对称性,在球坐标系下,2.4.2 磁介质的磁化 磁场强度,1. 磁介质的磁化,介质中分子或原子内的电子运动形成分子电流，形成分子磁矩。,在外磁场作用下，分子磁矩定向排列，宏观上显示出磁性，这种现象称为磁介质的磁化。,无外磁场作用时，分子磁矩不规则排列，宏观上不显磁性。,分子磁矩,2. 磁化强度矢量,磁化强度 是描述磁介质磁化程度的物理量，定义为单位体积中的分子磁矩的矢量和，即,单位为A/m。,磁化电流体密度,磁化电流面密度,3. 磁化电流,磁介质被磁化后，在其内部与表面上可能出现宏观的电流分布，称为磁化电流。,磁场强度,磁感

5、应强度,4. 磁场强度 介质中安培环路定理,磁介质的安培环路定理,磁介质的磁通连续性原理,：介质的磁化率（磁化系数）,：介质的磁导率,5. 磁介质的本构关系,：介质的相对磁导率,简单磁介质：均匀、线性、各向同性的磁介质。,各向异性磁介质,例2.4.4 内外半径分别为a和b的圆筒形磁介质中，沿轴向有电流密度为 的传导电流，设磁介质的磁导率为，求磁化电流分布。,解: 由于电流具有轴对称性，所以磁场具有轴对称性,应用安培环路定理,例2.4.4 内外半径分别为a和b的圆筒形磁介质中，沿轴向有电流密度为 的传导电流，设磁介质的磁导率为，求磁化电流分布。,导体的定义：含有大量可以自由移动的带电粒子的物质。

6、,大量电荷的定向运动形成电流。,2.4.3 媒质的传导特性,传导电流：带电微粒(如金属中的自由电子、电解质溶液中的正负离子、气体中的离子和电子)在电场作用下，在导体内部做定向运动而形成的电流。,运流电流:电荷在不导电的空间，如真空或极稀薄气体中的有规则运动所形成的电流。真空电子管中由阴极发射到阳极的电子流,带电的运动着的雷云运动所形成的电流都是运流电流。,对于线性和各向同性导电媒质，媒质内任一点的电流密度矢量和电场强度 成正比,欧姆定律的微分形式。称为媒质的电导率，单位是S/m（西/米）。,几种材料在常温（20）下的电导率,7,金属导体内部有电流会产生热效应，电能损失。,自由电子在运动过程中不

7、断与金属晶格点阵上的质子碰撞，把自身的能量传递给质子，使晶格点阵的热运动加剧，导致温度上升，是电流的热效应，由电能转换过来的热能称为焦耳热。,导体中沿电流线方向取一长度为l、截面为S的体积元，体积元内消耗的功率为,导体内任一点的热功率密度,当导体两端的电压为U、流过的电流为I时，单位时间内电场力对电荷所做的功，即功率是,对恒定电流和时变电流的都成立。,焦耳定律的微分形式,欧姆定律的微分形式,焦耳定律的微分形式,电流热效应的用处：电炉子、电褥子、电吹风、电磁炉上的锅（感应电流的热效应）,电流热效应的弊端（导体损耗）：电力线损耗,在静电感应过程中，金属导体内的大量自由电子在外电场驱使下会发生定向运动，形成宏观电流，但这电流的持续时间是极短暂的。,在导体内形成恒定电流必须在导体内建立一个恒定电场，若将导体两端接到电源的两极上，就能在导体内形成长时间持续的电流。,导体内恒定电场的建立 电源的电动势,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,把从B经导线到达A的电子重新送回B，就可以维持A、B间电势差