电介质与磁介质

Xian,Jaotong,University,9,电介质与磁介质,r,电介质的相对介电常数,电介质,:,能够对外电场产生影响的绝缘物质,实验,比值与电源电压无关,磁介质,:,能够在磁场中显示磁性的物质。,电介质,云母、纸张、蒸馏水等。,磁介质,铝、锰、铜、铋、铁、镍、硅钢等。,1.,电介质极化现象：,v,充电,插入电介质,更换电源,更换介质,比值与介质性质有关,充电后极板上电荷未变，而插入介质后电场变化,.,分析,在外电场作用下，介质中出现电荷集聚的现象,极化现象,。聚集起来的电荷称为,极化电荷。,说明,介质中产生了电荷集聚，其电场削弱了介质中的电场。,2.,电介质的极化机理：,无极分子与有极分子,无极分子：,正负电荷中心重合。,有极分子：,正负电荷中心不重合。,特点：,无固有的电偶极子。,特点：,有固有的电偶极子。,无极分子,有极分子,+,-,无外场时,(,无极分子电介质,),(,有极分子电介质,),整体对外不显电性,（热运动）,位移极化与取向极化,有外场时,位移极化,取向极化,无极分子电介质,有极分子电介质,束缚电荷,束缚电荷,说明,两种极化的宏观效果一样。,极化电场与外电场方向相反。,各向同性的均匀介质中极化电荷仅出现在介质的表面处。,极化电荷的电场不能完全抵消外电场，除非介质被击穿。,取向极化中也有位移极化。,3.,电介质中的高斯定理,各向同性介质,电介质的介电常数或电容率,定义,电位移矢量：,说明：,(,介质中高斯定理的一般性公式。,),(2),公式,2,适用任何电介质。,(3),D,不受极化电荷影响,在介质内连续。,+,+,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,-,-,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,r,公式,1,适用各向同性的均匀电介质,.,并且要求电介质充满,电场所在的整个空间,或介质面为等势面的情况。,（各向同性介质）,（各向异性介质）,解：,此题为各向同性均匀介质，介质面为等势面，应用高斯定理时，将,换为高斯面所在的介质中,，,就无须考虑束缚电荷的存在。,例,导体球壳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,R,1,R,2,R,0,+Q,0,r,每个分子的电偶极矩,定义：,极化强度矢量,电偶极子排列愈有序，极化强度愈强。,R,1,R,2,R,0,+Q,0,r,例,平行板电容器，其中充有两种均匀电介质。,求,各电介质层中的场强,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,电介质放入外场,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,4.,磁介质的磁化,磁介质放入外磁场中，产生附加磁场，使介质内的总磁场发生变化的现象叫做,磁介质磁化。,抗磁质,顺磁质,铁磁质,抗、顺磁质为,弱磁性物质。,铁磁质为,强磁性物质,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,5.,磁介质磁化的微观机理,分子中电子,绕核运动,和电子本身,自旋,运动,等效圆电流,（,分子电流,）,（,分子磁矩,）,顺磁质与抗磁质,铁磁质,磁性物质的组合体,（,磁畴,）,铁磁质,由于热运动，对外也不显磁性,每个磁畴区的,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：,介质中的磁场由传导电流和束缚电流共同产生。,6.,磁介质中的安培环路定理,介质内可能有磁化电流。,由,定义,-,介质磁导率。,各向同性的磁介质（弱磁性物质）,各向异性的磁介质（弱磁性物质）,介质上的束缚电流和磁化程度有关。,磁场强度,磁偶极子排列愈有序，磁化强度绝对值越大。,理论可证明：,由,定义：,磁化强度矢量,定义：,磁场强度：,历史上对磁场强度和磁感应强度命名虽不大合适，但一直沿用至今。,每个分子磁矩,讨论,各向同性磁介质：,上式是介质中安培环路定理的一般性公式。,各向异性磁介质：,H,线,不受磁介质的影响。定义磁场强度后，应用安培环路定理时，无须考虑磁介质和磁化电流的存在。,铁磁质中,不是线性关系。,比较,磁介质的磁化所产生的附加磁场可以与原磁场方向相同，也可以相反。而电极化产生的附加电场只能与原电场方向相反。,磁介质有磁滞现象，电介质无此概念。,例,如图所示的环形螺线管内，充满相对磁导率为的磁介质，以,I,0,表示传导电流，管上均匀地绕有,N,匝线圈。试求螺线管内各点的磁感应强度。,解,以半径,R,作一圆形闭合回路，根据对称性及磁介质中的安培环路定理，有,结果表明：,由式（,B,=,H,）可得,从上式可得,1,）,螺线管内横截面上各点的磁感强度是随半径变化。,2,）,若环很细，环面内各处,R,差别不大，此时管内的磁场可近似地看成是匀强磁场。,