ch1-4介质的电磁性质.

§1.4介质的电磁性质ElectromagneticPropertyinMedium介质的概念介质的极化介质的磁化介质中的麦氏方程1、介质的概念介质：介质由分子组成，分子内部有带正电的原子核及核外电子，内部存在不规则而迅变的微观电磁场。宏观物理量：因我们仅讨论宏观电磁场，用介质内包含大量分子的物理小体元内的平均值表示的物理量称为宏观物理量。分子分类：(1)有极分子：无外场时，正负电中心不重合，有分子电偶极矩。但固有取向无矩，不表现宏观电矩。(2)无极分子：无外场时，正负电中心重合，无分子电偶极矩，也无宏观电矩。分子电流：介质分子内部电子运动可以认为构成微观电流。无外场时，分子电流取向无规，不出现宏观电流分布。介质的极化和磁化极化使介质内部或表面上出现的电荷称为束缚电荷。介质的极化：介质中分子和原子的正负电荷在外加电场力的作用下发生小的位移，形成定向排列的电偶极矩；或原子、分子固有电偶极矩不规则的分布，在外场作用下形成规则排列。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，微观上形成不规则分布的磁偶极矩。在外磁场力作用下，磁偶极矩定向排列，形成宏观上的磁偶极矩。磁化使介质内部或表面上出现的电流称为磁化电流。2、介质的极化（Polarizationofmedium）1、极化强度2、束缚电荷密度PPSVPSdPdV介质1pi=pP=np由于极化，分子或原子的正负电荷发生位移，体积元内一部分电荷因极化而迁移到的外部，同时外部也有电荷迁移到体积元内部。因此体积元内部有可能出现净余的电荷（又称为束缚电荷）。SdPSdpnSdlnqpql束缚电荷是电极化强度矢量之源SdSdqdqlVP（3）在两种不同均匀介质交界面上的一个很薄的层内，由于两种物质的极化强度不同，存在极化面电荷分布。（1）均匀介质内，束缚电荷只出现在自由电荷附近以及介质界面处。（2）非均匀介质内，一般在整个介质内部都出现束缚电荷。)(12PPenPn面电荷密度与极化强度矢量的关系3、电位移矢量存在束缚电荷的情况下，总电场包含了束缚电荷产生的场，一般情况自由电荷密度可知，但束缚电荷难以得到(即使实验得到极化强度,他的散度也不易求得)为计算方便，要想办法在场方程中消掉束缚电荷密度分布。PPfPE)(0它仅起辅助作用并不代表场量。它在具体应用中与电场强度的关系可由实验或计算来确定。0PfE4、电场的散度、旋度方程PED0DtBE3、介质的磁化（Magnetizationofmedium）1、磁化强度mia分子电流、磁矩VBm0iVmmi=mldMldainSdJILLSMM2、磁化电流密度（矢量）--分布MJMdl3、极化电流密度0limiiVVqxPV000limlimlimiiViiiVVPVVVdxqqvJPdtJtVVViiipqxPPJt电磁场引起介质的磁化和极化,MP磁化和极化出现磁化电流和极化电流,MPJJ4、诱导电流MPJJ激发磁场000fEBJtfMPJJJJ000()fPMEBJJJtPPJt00000fPEBJMttMJM5、磁场强度0DEP磁场强度6、磁场的散度、旋度方程0BtDJHf介质中的麦克斯韦方程组fDHJtfD0BBEt0E000fEBJt0DEP0BHMPP21()PnePPPPJtMJMReview介质中Maxwell方程组为00DEPBHM0BEtDHJtDB这里电流、电荷密度均为自由电流、电荷；介质的电磁效应包含在辅助场量中，不出现在方程组中；辅助场量不是真正的物理实在量；此方程只涉及自由电荷和电流，实用性强。4、介质中的麦麦克斯韦方程0JtDtDSSLLSSdBQSdDSdDdtdIldHSdtBldE0)(00MHBPED2）12个未知量，6个独立方程，求解必须给出与，与的关系。DEBH1）介质中普适的电磁场基本方程，可用于任意介质，当，回到真空情况。0PM介质中麦克斯韦方程组介质中之唯象定律方法一：进一步建立微观模型，用统计方法获得宏观响应规律方法二：直接借助实验，将响应规律归纳抽象出来介质对外电磁场的响应规律如何？归结为、与、的关系.例：〔通过电子的微观运动方程，可以获得〕等离子体对角频率的电磁场的响应规律为：1）电磁场较弱首先讨论非铁磁介质HBEDHMEP与，与，与，与均呈线性关系⑴各向同性均匀介质ExPe0EDEEExExEPEDree000001极化率电容率相对电容率HxMMHB磁化率磁导率HHHxHxHMHBr000000)1(相对磁导率介质的电磁本构方程⑵各向异性介质（如晶体）EDkkjkjiii33321211jjijiEDEEEDEEEDEEED31333232131332322212123132121111合写成321333231232221131211321EEEDDDHB磁导率张量各向异性介质电性质方程矩阵形式电容率张量2）电磁场较强时3,2,1iEEEEEDlkjjklijklkjjkijkjjiji电位移矢量与电场强度的关系为非线性关系对于铁磁物质，一般情况不仅非线性，而且非单值在电磁场频率很高时，情况更复杂，介质会出现色散现象。即使在电磁场较弱的情况表现为频率的函数。，3）导体中的欧姆定律EJ电导率适用于所有情况OHB()PPE()MMB介质的电磁本构方程0DEP0BHM()DDE()HHB各向同性线性介质:0ePxEDE00(1)erMMxHBH00(1)Mr导体:JE几个物理词汇均匀:物理性质不随空间位置变化各向同性:物理性质与方向无关线性:物理量之间的关系是线性函数非均匀、非线性、非各向同性的“三非”介质非线性各向异性非均匀作业课本：ch1--7、9