讲6媒质的电磁特性6-.ppt

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1、真空中静电场的计算公式真空中静电场的基本方程真空中恒磁场的计算公式真空中恒磁场的基本方程静电场的基本方程恒磁场的基本方程根据物质在电场作用下的特性，分为三类：导电物质：导体内部有大量能自由运动的电荷，在外电场下可以做宏观运动，可形成感应电荷,从而产生感应电场。电介质：导电性能很差,电子被原子核紧紧束缚住，称为束缚电荷。在外电场作用下，束缚电荷不能做宏观运动，发生微观的位移，称为极化电荷，产生极化电场。磁介质：电子的轨道运动和自旋运动形成小环电流（分子电流），在外加磁场的作用下，分子电流取向发生变化变化，称为磁化电流，产生磁化磁

2、场。2.4媒质的电磁特性2.4.1电介质的极化电位移矢量2.4.2磁介质的磁化磁场强度2.4.3媒质的传导特性媒质对电磁场的响应可分为三种情况：极化、磁化和传导。描述媒质电磁特性的参数为：介电常数、磁导率和电导率。无极分子有极分子有外加电场E电介质中的电荷不能自由运动，称为束缚电荷。无外加电场时，由于分子不规则运动，束缚电荷对外呈现的电场为0。无极分子有极分子无外加电场2.4.1电介质的极化电位

3、移矢量在外加电场的作用下，介质发生极化。极化介质中每一个分子都是一个电偶极子，整个介质可以看成真空中电偶极子有序排列的集合体。电位移矢量：极化强度极化强度代表单位体积中电矩的矢量和。极化强度取决于介质的材料特性和外加电场强度。空间总电场是自由电荷产生的电场与极化电荷产生的电场的总和。E0电介质中的场方程介质中高斯定理自由电荷电介质的本构关系简单媒质：均匀、线性、各向同性

4、介质ε为常数均匀介质：ε不随介质的位置而变。线性介质：ε与E的大小无关。各向同性介质：电场强度与电位移矢量相同。各向异性介质表2.4.1部分电介质的相对介电常数例2.4.1(V4)半径为a的球形区域内充满介电常数为的电介质ε，球外为真空。若已知电场分布如下，求空间电荷体密度。解：ε例：介质球及与其同心的空心介质球构成一个双介质球系统，内部球的半径为a，充满介电常数为ε1的介质，电荷密度为ρ1外部球的半径为b，充满介电常数为ε2的介质，电荷密度为ρ2，系统之外为真空。求空间电场强度和电位移矢量。解：由于电荷分布具有球对称性，所以

5、电场具有球对称性在球坐标系下2.4.2磁介质的磁化磁场强度1.磁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，形成分子磁矩。无外加磁场外加磁场在外磁场作用下，分子磁矩定向排列，宏观上显示出磁性，这种现象称为磁介质的磁化。无外磁场作用时，分子磁矩不规则排列，宏观上不显磁性。分子磁矩B2.磁化强度矢量磁化强度是描述磁介质磁化程度的物理量，定义为单位体积中的分子磁矩的矢量和，即单位为A/m。磁化电流体密度磁化电流面密度3.磁化电流磁介质被磁化后，在其内部与表面上可能出现宏观的电流分布，称为磁化电流。磁场强度磁感应强度4.磁场强

6、度介质中安培环路定理磁介质的安培环路定理磁介质的磁通连续性原理：介质的磁化率（磁化系数）：介质的磁导率5.磁介质的本构关系：介质的相对磁导率简单磁介质：均匀、线性、各向同性的磁介质。各向异性磁介质例2.4.4内外半径分别为a和b的圆筒形磁介质中，沿轴向有电流密度为的传导电流，设磁介质的磁导率为µ，求磁化电流分布。解:由于电流具有轴对称性，所以磁场具有轴对称性应用安培环路定理例2.4.4内外半径分别为a和b的圆筒形磁介质中，沿轴向有电流密度为的传导电流，设磁介质的磁导率为µ，求磁化电流分布。导体的定义：含有大量可以自由移动的带电

7、粒子的物质。导体分为两种由自由电子导电。由带电离子导电。电解质导体：金属导体：大量电荷的定向运动形成电流。2.4.3媒质的传导特性传导电流：带电微粒(如金属中的自由电子、电解质溶液中的正负离子、气体中的离子和电子)在电场作用下，在导体内部做定向运动而形成的电流。运流电流:电荷在不导电的空间，如真空或极稀薄气体中的有规则运动所形成的电流。真空电子管中由阴极发射到阳极的电子流,带电的运动着的雷云运动所形成的电流都是运流电流。对于线性和各向同性导电媒质，媒质内任一点的电流密度矢量和电场强度成正比欧姆定律的微分形式。σ称为媒质的电导率

8、，单位是S/m（西/米）。几种材料在常温（20℃）下的电导率7金属导体内部有电流会产生热效应，电能损失。自由电子在运动过程中不断与金属晶格点阵上的质子碰撞，把自身的能量传递给质子，使晶格点阵的热运动加剧，导致温度上升，是电流的热效应，由电能转换过来的热能称为焦耳热。导体中沿电