介质中的电场和磁场1

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1、第9章介质中的电场和磁场本章内容：9.1电介质的极化束缚电荷9.2电介质内的电场强度9.3电介质中的高斯定理电位移矢量D9.4磁介质的分类9.5顺磁性和抗磁性的微观解释9.6磁介质中的安培环路定理磁场强度H9.8铁磁质*9.7D、E、P和B、H、M的关系9.1电介质的极化束缚电荷9.1.1.电介质电容器的电容r—电介质的相对介电常数介质中电场减弱电介质:绝缘体(放在电场中的)电介质电场实验结论介质中电场减弱介质充满电场或介质表面为等势面充有电介质的电容器的电容几种电介质的相对介电常数干燥空气1.0006蒸馏水81云母69.1.2.电介质分子的电结构无极分子有极分子+-无外场

2、时(无极分子电介质)(有极分子电介质)9.1.3.电介质的极化束缚电荷整体对外不显电性（热运动）有外场时(分子)位移极化(分子)取向极化束缚电荷´束缚电荷´无极分子电介质有极分子电介质外电场E0↑极化´↑介质内电场E↑击穿。讨论9.2电介质内的电场强度以充满相对介电常数为r的各向同性均匀电介质的平行板电容器为例电介质内部的电场强度其中由实验9.3电介质中的高斯定理电位移矢量D加入电介质(εr)—介电常数令：电位移矢量通过高斯面的电位移通量等于高斯面所包围的自由电荷的代数和，与极化电荷及高斯面外电荷无关。(1)电位移线由于闭合面的电位移通量等于被包围的自由电荷

3、，所以D线发自正自由电荷止于负自由电荷。+++++++++---------+++++++++++++++++--------------------r(2)各向同性电介质:介电常数,为决定于电介质种类的常数讨论R1R2例导体球置于均匀各向同性介质中,如图示.求(1)电场的分布(2)紧贴导体球表面处的极化电荷R0+Q0解(1)r(2)R1R2R0+Q0r例平行板电容器，其中充有两种均匀电介质。求(1)各电介质层中的场强(2)极板间电势差解做一个圆柱形高斯面同理，做一个圆柱形高斯面(1)各电介质层中的场强不同(2)相当于电容器的串联讨论1.磁介质——放入磁场中能够显示磁性的物质

4、电介质放入外场9.4磁介质的分类相对介电常数磁介质放入外场相对磁导率反映磁介质对原场的影响程度相对磁导率顺磁质抗磁质减弱原场增强原场弱磁性物质顺磁质和抗磁质的相对磁导率都非常接近于1,即铁磁质通常不是常数具有显著的增强原磁场的性质强磁性物质2.磁介质的分类(如：铬、铀、锰、氮等)(如：铋、硫、氯、氢等)(如：铁、钴、镍及其合金等)原子中电子的轨道磁矩电子的自旋磁矩电子自旋磁矩与轨道磁矩有相同的数量级分子固有磁矩——所有电子磁矩的总和抗磁质对外不显磁性顺磁质由于热运动，对外也不显磁性无外磁场作用时9.5顺磁性和抗磁性的微观解释有外磁场作用时顺磁质分子的固有磁矩受力矩的作用，使分子

5、的固有磁矩趋于外磁场方向排列。但由于分子热运动的影响，各分子固有磁矩的取向不可能完全整齐，不过外磁场越强，排列越整齐。正是由于这种取向排列使得原磁场得到加强，但这种加强很小。抗磁质它的分子没有固有磁矩，为什么也能受磁场的影响？抗磁质在外磁场的作用下产生附加磁矩。以电子的轨道运动为例：(如电子沿相反的方向做轨道运动，同样的分析方法)无论电子轨道运动如何，外磁场对它的力矩总使它产生一个与外磁场方向相反的附加磁矩。附加磁矩产生附加磁场,附加磁场与外场方向相反——抗磁质9.6磁介质中的安培环路定理磁场强度H9.6.1磁介质的磁化束缚电流以无限长螺线管为例顺磁质在磁介质内部的任一处，相邻

6、的分子环流的方向相反，互相抵消。在磁介质表面处各点，分子环流未被抵消，形成沿表面流动的面电流——束缚电流(磁化电流)结论：介质中磁场由传导和束缚电流共同产生。9.6.2.磁介质中安培环路定理磁场强度H以充满各向同性均匀顺磁质的螺绕环为例在螺绕环未充介质时由上两式因而令--磁场强度μ---磁导率，（磁介质的安培环路定理）磁介质内磁场强度沿所选闭合路径的环流等于闭合积分路径所包围的所有传导电流的代数和。1.电极化强度电偶极子排列的有序程度反映了介质被极化的程度,排列愈有序，说明极化愈强烈。每个分子的电偶极矩定义实验表明：对于大多数常见的各向同性的电介质，有------电极化率*9.

7、7D、E、P和B、H、M的关系以充满各向同性均匀电介质的平行板电容器为例可得2.磁化强度定义实验表明：对顺磁质和抗磁质以螺绕环为例可得每个分子的磁矩9.8.1铁磁质的磁化规律磁滞回线铁磁质中不是线性关系剩磁矫顽力实验证明：各种铁磁质的起始曲线都是“不可逆”的，磁滞现象9.8铁磁质讨论HC较小HC较大易磁化，易退磁剩磁较强，不易退磁变压器、电机、电磁铁的铁芯可作永久磁铁(4)铁磁质的磁化状态与铁磁质此前的磁化历史有关软磁材料硬磁材料(3)不同材料，矫顽力不同(2)铁磁质温度高于某一温度TC时,