第16讲物质极化的宏观模型ppt课件.ppt

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1、电磁场理论讲稿第十六讲物质极化的宏观模型20071复习：自由空间场定律2312非良态域：在三维空间通常为面、线、点，分布有非良态源（面电荷、面电流、线电荷、线电流、点电荷），两侧场量或其导数不连续。良态域：场、源量都是连续函数并有连续的导数。45微分场定律适用于场、源量都是连续函数并有连续导数的良态域，不适用于非良态域→“边界”。612边界→自由空间边界条件7≠12边界→自由空间边界条件89●1011问题：一般物质如何处理？12●13本章内容及重点掌握的概念内容：物质存在时的宏观场定律重点掌握的概念电磁场使物质发生极化、磁

2、化物质的极化或磁化反过来使电磁场发生变化14有物质存在时的宏观场定律电磁场理论是从电磁特性的角度来研究物质的任何物质可被视为无数带电粒子的集合有物质存在时的电磁场问题归为电荷和电流与电场和磁场相互作用的问题15必须考虑两个方面的问题电磁场对于带电粒子有作用，改变它们原来的运动状态，使物质发生极化和磁化极化和磁化时，物质中的带电粒子的运动状态发生了变化，出现新的分布形式的电荷和电流，这些电荷和电流作为新的电磁场源，将使电磁场产生相应的变化16求解物质中电磁场问题思路物质在外加场作用下引入的各种分布形式的电荷和电流与电磁场

3、的相互作用，代表了物质与电磁场的相互作用物质存在下的电磁场问题求解：将物质用等效的电荷和电流分布表示；将物质“抽去”；将等效电荷和电流分布当作真空中已知的电荷和电流分布来处理17基本法则在有物质存在时，电磁场所遵循的基本定律形式上仍是真空中电磁场定律，只是此时应该将物质在电磁场作用下所形成的等效宏观电荷和电流也看作是电磁场的源宏观方法18宏观方法采用宏观方法只能在物质之外的区域得到正确解答物质内的场只能是一种“虚构”的场或统计平均场工程电磁场只要知道物质外的场的统计效果物质内部的微观场结构，使用宏观方法是不可能观察到的宏观

4、的“粗笨”的探针不能测量物质“内部”的场。19物质物质在外加电磁场下的反应带电粒子外加电场作用下的反应自由电荷束缚电荷20自由电荷在外加电场的作用下，可在大于原子尺度和原子间隔的尺度范围，做相对自由的运动金属中的游离电子，半导体中的空穴和多余价电子，电解液和等离子体中的正负离子都属于自由电荷21良导体/不良导体/绝缘体自由电荷在外电场的作用下，形成宏观传导电流。无自由电子绝缘体自由电子少不良导体自由电子多良导体银/铜/铝海水/土地/石墨/潮湿的木材橡胶玻璃/干燥的食盐晶体这种分类不是绝对的22良导体/不良导体/绝缘体半导体

5、在温度极低时可视为绝缘体，而在温度很高时，又可视为良导体电压较低时，干燥的空气是绝缘体，电压非常高就成为电离气体，也就是导体食盐晶体，纯净的水是绝缘体，食盐水溶液就是导体低频情况下，海水和土地可被当作良导体处理，频率高的情况下又为不良导体23束缚电荷束缚电荷指物质中被非常强的复原力紧紧的束缚在原子结构上的电荷。在外电场的作用下，只能在比原子尺度和原子间隔尺度小得多的距离范围内做微观运动。如绝缘体中的带电粒子，晶格结构中的原子离子等，它们只能表现出极化状态而不会形成传导电流。24物质的电特性自由电荷与传导电流相关联这类物质在

6、外加电磁场下的特性分析在传导电流中讨论束缚电荷在外加电磁场下的特性这类问题归结为物质的极化和磁化25物质的极化26极化模型及极化图像经典原子模型——中性原子模型中性分子模型电子极化（分子极化和原子极化）取向极化非中性原子离子极化化合物中的正负离子。电子云团●27原子极化模型经典原子模型中性原子的结构形式为一个带正电荷的点电荷(+q)被等量的负电荷所包围。负电荷均匀的分布在半径为R的小球内，即电子云团。●28极化机理外加电场时，+q是位于球形电子云团的球心处的，在的区域所产生的电场强度应为零外加电场时，会发生相对位移。因位移

7、量极小，对外界的影响可认为是系统中一种电荷不移动，另一种电荷有相对位移规定电子云团是不动的。+q沿电力线方向移动了一个位移，而且，即处于极化状态●29原子极化/分子极化-电子极化极化状态下的原子在的区域相当于一个电偶极子。称为原子极化●●●30取向极化有的物质由于物质结构方面的原因，原子和分子本身的正，负电荷的等效中心位置不相重合。在没有外场时，表现为一个电偶极子，物质分子自身的随机热运动使偶极子的排列处于杂乱无章的状态。无外加电场时宏观上不呈现电性效果当外加电场时，原已存在的电偶极子受外加电场力的作用而重新排列，趋向于有

8、序状态。由于热运动，不可能完全成为有序状态，呈现出一个宏观的较强的有序排列状态，宏观上呈现出电性效果。称为取向极化31无极性分子有极性分子电介质的极化离子极化化合物中的正负离子在外电场作用下，彼此被拉开一个距离，物质呈现宏观极化状态，称为离子极化32物质极化的宏观模型工程电磁场宏观统计理论中，被极化的物