1-4介质的电磁性质要点

§4介质的电磁性质无极分子电介质：（氢、甲烷、石蜡等）有极分子电介质：（水、有机玻璃等）1介质的概念有极分子：分子正负电荷中心不重合。无极分子：分子正负电荷中心重合；CH+H+H+H+正负电荷中心重合甲烷分子4CH+正电荷中心负电荷中心H++HO水分子OH2ep——分子电偶极矩ep0ep1.无极分子的位移极化0epe无外电场时epffl外E加上外电场后0ep+++++++外E极化电荷极化电荷2.有极分子的转向极化ff外EpMe+++++++外E++++++++++++++++++++无外电场时电矩取向不同两端面出现极化电荷层转向外电场ep外Eep加上外场'0BBB无外磁场顺磁质的磁化分子圆电流和磁矩mI0B有外磁场sI磁化电流示意图2介质的极化电极化强度0limiVpPV:电极化强度p:分子偶极矩的单位：2mCPP介质内的极化电荷psQPdspVVPdVdVpP介质内任一小体元内的极化电荷为两介质分界面上的面极化电荷21()pnPPn为分界面上由介质1指向介质2的法线上的单位矢。介质中的场方程在真空中高斯定理的微分形式为▽·E=ρ/ε0，其中的电荷是指自由电荷。在电介质中，高斯定理的微分形式便可写为01()PE将ρP=-▽·P代入，得0()EP这表明，矢量ε0E+P的散度为自由电荷密度。引入电位移矢量(或电感应强度矢量)，并记为D，即0DEP于是，介质中高斯定理的微分形式变为D与其相应的积分形式为SDdSq介电常数0ePxE式中χe为极化率，是一个无量纲常数。从而有00(1)erDxEEE称εr为介质的相对介电常数，称ε为介质的介电常数。对各向同性线性介质有3介质的磁化磁化强度0limiVmMV式中m是分子磁矩，求和对体积元ΔV内的所有分子进行。磁化强度M的单位是A/m(安培/米)。如在磁化介质中的体积元ΔV内，每一个分子磁矩的大小和方向全相同(都为m)，单位体积内分子数是N，则磁化强度为iiNVmMNmV磁化电流mlIMdlmssjdsMdsmjM设磁介质内部任一曲面，其边界线为L极化电流•电场变化时，发生变化，产生极化电流。•设内每个带电粒子的位置矢量为，带电为，则极化强度为：•极化电流密度为PViXieiieXPViipeXPjtV4介质中的麦克斯韦方程组在外磁场的作用下，磁介质内部有磁化电流Jm；介质在变化的外电场中产生极化电流；除传导电流和位移电流外，磁化电流Jm和极化电流也都产生磁场，这时应将真空中的安培环路定律修正为下面的形式：00()mpCSEBdlJJJdStmpPjMjt001fmpEBJJJt（4.16）令其中H称为磁场强度，单位是A/m(安培/米)。该方程的积分形式lsDHdlIdst0()fBDMJt（4.17）0BHM（4.18）fDHJt（4.19）磁导率0()BHMmMH式中χm是一个无量纲常数，称为磁化率。非线性磁介质的磁化率与磁场强度有关，非均匀介质的磁化率是空间位置的函数，各向异性介质的M和H的方向不在同一方向上。顺磁介质的χm为正，抗磁介质的χm为负。000()(1)mrBHMxHHH对各向同性非铁磁质，有代入式中，μr=1+χm，是介质的相对磁导率，是一个无量纲数；μ=μ0μr，是介质的磁导率，单位和真空磁导率相同，为H/m(亨/米)。铁磁材料的B和H的关系是非线性的，并且B不是H的单值函数，会出现磁滞现象，其磁化率χm的变化范围很大，可以达到106量级。介质中的麦克斯韦方程组DBEt0BDHJt(4.23)麦克斯韦方程的辅助方程——本构关系一般而言，表征媒质宏观电磁特性的本构关系为EJMHBPED)(00对于各向同性的线性媒质，上列公式可以写为(4-18)EJHBED(4-7)