内蒙古大学电磁学教案 第四章 电磁介质(上)

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1、第四章电磁介质教学内容和要求1．理解电介质的极化的机理及极化强度物理意义；2．掌握电介质中的极化电荷和自由电荷的关系；3．掌握有电介质时的高斯定理4.了解磁介质对磁场的影响以及磁介质的三种类型：顺磁质、抗磁质、铁磁质5.理解磁介质的磁化的机理及磁化强度物理意义；6.掌握磁介质中的磁化电流和磁化强度的关系；7.掌握磁介质时的安培环路定理.®§1静电场中的电介质®§2磁介质—分子电流观点®§3磁介质的磁化规律和机理®§4导体、电磁介质届面上的边界条件磁路定理®§5电磁能§1静电场中的电介质（DielectricsinElectrostat

2、icfield)一、电介质的极化导体中含有许多可以自由移动的电子或离子。然而也有一类物质电子被束缚在自身所属的原子核周围或夹在原子核中间，这些电子可以相互交换位置，多少活动一些，但是不能到处移动，就是所谓的非导体或绝缘体。绝缘体不能导电，但电场可以在其中存在，并且在电学中起着重要的作用。从电场这一角度看，特别地把绝缘体叫做电介质。从电学性质看电介质的分子可分为两类：　无极分子、有极分子。电介质对电容器电容影响+Q电容器充电后，撤去电源，使两极U0板上的电量维持恒定，测得充满电介质电容器两极板间的电压U，为–Q真空电容器两极板间的电压U

3、的01/e倍，即U=U/e。因而，充r0r满电介质电容器的电容为+QQQ0UC===εCr0UU/ε0r–Q极板间充满电介质所电容器的电容为真空电容的e倍。r上述实验表明：插入电介质后两极板间电压减少，说明其间电场减弱了。1E=E0εr电场减弱的原因可从电介质与外电场的相互影响来解释。电介质插入电场后，由于同号电荷相斥，异号相吸的结果，介质表面上出现了正负电荷。在外电场中，介质表面出现正负电荷，我们把这种现象叫做电介质的极化（polarization)。它表面上的电荷叫做极化电荷。二、电介质极化的微观机制电介质内部作宏观运动的电荷极少

4、，导电能力极弱，为了突出电场与电介质相互影响的主要方面，在静电问题中总是忽略电介质微弱的导电性，把它看作理想的绝缘体。电介质是由中性分子构成的。所谓中性，是指分子中正负电荷等值异号，可将其中的所有正电荷等效于一个正点电荷，其中的负电荷分布在该正电荷的周围，也等效于一个负点电荷．这样，一个分子对外的电效应就可用一对等值异号的正、负电荷来代替，它们在分子中的位置分别称为正、负电荷的中心。1、电介质的分类无极分子：分子的正、负电荷中心在没有外电场时彼此重合，其电偶极距为0，如H2、HCl4，CO2，N2，O2等±有极分子：分子的正、负电荷的

5、中心在没有外场时并不重合，等量的正、负电荷中心互相错开，从而电偶极距+-不为0，这叫做分子的“固有电距”，如NH3、、H2O、CO2、、SO2、HCl等。vE+q每一个分子的正电荷q集中于一点，+称为正电荷的“重心”，负电荷-q集中于一点，称为正负电荷的“重心”；––q分子构成电偶极子p=ql2、无极分子的极化机理——位移极化（Displacementpolarization）无外电场时，分子的正负电荷中心重合；有外电场时，正、负电荷将被电场力拉开，偏离原来的位置，形成一个电偶极子，叫作诱导电偶极矩。无极分子外场E∆V外T=0K热运动

6、vE外∑p≠0iT>0KivvlE处于外电场，每个分子都有一定的诱导–+电偶极矩，以致在电介质与外电场垂直–q+q的两个表面上出现正电荷和负电荷。——极化电荷或束缚电荷。3、有极分子的极化机理——取向极化（Orientationpolarization）•当没有外电场时，电偶极子的排列是杂乱无章的，因而对外不显电性。•当有外电场时，每个电偶极子都将受到一个力矩的作用。在此力矩的作用下，电介质中的电偶极子将转向外电场的方向。•在垂直于电场方向的两个表面上，将产生极化电荷。vvEE0–++q+–+––q–+演示取向极化但无论哪类电介质放入

7、外电场中，都要发生极化现象，极化分：无极分子电介质的极化称为位移极化，有极分子电介质的极化称为取向极化。有极分子电介质其实也有位移极化效应，即分子也会被外电场“拉长”，但是与取向极化效应相比，位移极化效应可以忽略不计。三、极化强度矢量1、引入为了定量描写电介质的极化程度：我们在电介质内取一物理无限小体积元ΔV（看成一个宏观点），在没有外电场时，电介质未被极化，内部宏观小体积元中各分子的电偶极矩的矢量和为零∑P分子=0；当有外电场时，电介质被极化，此小体积元中的电偶极矩的矢量和将不为零∑P分子≠0。外电场越强，分子的电偶极矩的矢量和越大

8、。用单位体积中分子的电偶极矩的矢量和来表示电介质的极化程度2、电极化强度的定义单位体积中分子的电偶极矩的矢量和叫作电介质的电极化强度。vv∑pP=∆V3、关于电极化强度的说明•电极化强度用来表征电介质极化程度的物理量；•