电磁学6-1.ppt

1、第 六 章 物 质 中 的 电 场,1,前面我们讨论了自由空间电磁场的基本方程，实际中电磁场空间往往会有物质，不可避免地存在着物质与电磁场的相互作用。,传导、极化和磁化是物质对电磁场的三种响应，它们分别用物质的电导率 ，电容率 （介电常数）和磁导率 来表征， 三个量反映了物质的电磁特性 ，统称物质的电磁参量。,一般来说，物质的三种性能是同时存在的，但对不同物质有很大的差异，例如银和铜传导几乎是其唯一的电磁性能，云母、橡胶则主要是极化。,2,将物质按三种电磁性能的表现分类，以传导为主的物质称为导体，以极化为主的物质称为电介质，以磁化为主的物质称为磁介质，三类物质统称为介质。,有些物质同时具有两种

2、显著的电磁性能，如铁和镍兼有传导和磁化两种性能，由于实际中大多是利用其磁化性能，故将他们归为磁性物质。,3,一、电介质的极化 相对介电常数,由于电介质中的原子核与电子的结合非常紧密电子处于被束缚状态，一般情况下呈中性。,当电介质处在外电场中时，在电介质中无论是原子中的电子，还是分子中的离子、或是晶体点阵上的带电粒子，在外电场的作用下都会在原子大小范围内移动。当达到静电平衡时，在电介质表面层或体内出现极化电荷的现象叫电介质的极化。,电介质是电阻率很大，导电能力很差的物质，又称绝缘体。,插入介质后，电容器的电容增大了。因电容器极板上电量未变，但两极板之间的电压减小了，表明电容器内部的场强减弱了。介

3、质表面出现了与极板上的自由电荷异号的极化电荷。,实验:,实验结果表明：若电容器两极板之间为真空时，电容器的电容为 ，当电容器内充满同一种均匀电介质后，则电容改变为C，而有,4,二、原子或分子系统的电矩,为了说明介质的极化机制，先考察原子或分子的某些电学性质。,原子或分子很小，占据的体积只有 ，但内部有复杂的结构，每个原子都具有一个带正电的核和若干个带负电的电子 。原子或分子系统的静电荷虽为零，但它在系统以外产生的电场却不一定为零，在一级近似下，可把原子或分子看作一电偶极子，并用电矩描写原子或分子的电效应，称此电矩为分子电矩 。,5,三、电介质极化的微观模型,对于各向同性的电介质可分为两类,无极

4、分子,有极分子,6,有极电介质分子，由于正、负电荷中心不重合，这类分子可等效为一个固有电偶极矩为 的电偶极子。,无极电介质分子，由于正、负电荷中心重合，这类分子可等效为固有电偶极矩 的电偶极子。,7,下面介绍电介质的极化机理:,1 无极分子电介质的位移极化,2 有极分子电介质的取向极化,8,加上外电场后，在电场作用下介质分子正负电荷中心不再重合，形成电偶极子，出现分子电矩（称为感应电矩）。,1 无极分子的位移极化,由于无极分子的极化在于正、负电荷中心的相对位移，所以常叫位移极化。,9,无外电场时，有极分子电矩取向不同，整个介质呈中性。,2 有极分子的取向极化,在外电场中有极分子的固有电矩要受到

5、一个力矩作用，电矩方向转向和外电场方向趋于一致，所以叫取向极化。,一般来说，分子在取向极化的同时还会产生位移极化，但对有极分子电介质来说，在静电场作用下，取向极化的效应比位移极化的效应强得多，因而其主要的极化机理是取向极化。,这样在垂直外电场方向的介质两端面上出现正负电荷，称为极化电荷。,极化电荷与导体中的自由电荷不同，它们不能离开电介质而转移到其它带电体上，也不能在电介质内部自由移动。,无论是无极分子还是有极分子，尽管它们在外电场作用下极化的微观机理不尽相同，但它们均被极化成沿外电场方向取向的偶极子。,10,电介质极化的实际过程是相当复杂的，而且原子或分子系统是一个力学系统，只有用量子力学才能够对原子系统做出更为准确地描述。但是，如果我们关心的不是极化过程，而是已经极化的电介质所产生的附加电场，则可以把已经极化的电介质看作是由大量电偶极子的集合，每个电偶极子具有一定的电矩，即分子电矩 ，各分子电矩在不同程度上沿着外电场方向排列。今后我们就用上述简单模型来代替已经极化了的电介质，这就是我