第三章-静态电磁场中的介质.ppt

第三章静态电磁场中的介质 姜宇 哈尔滨工程大学信息与通信工程学院电子科学技术研究所 本章内容安排3 1静电场中的导体3 2静电场中电介质的极化3 3介质中的静电场方程3 4物质的磁化3 5磁介质中的磁场方程3 6标量磁位 第三章静态电磁场中的介质 3 1静电场中的导体 第三章静态电磁场中的介质 导体建立静电平衡状态的过程 静电平衡导体上电荷分布具有以下特点 导体内体电荷密度处处为零 电荷只分布在导体表面 导体表面上的面电荷密度与该处表面外附近的场强在数值上成正比 第三章静态电磁场中的介质 3 2静电场中电介质的极化3 2 1介质的极化 1 非极性分子 位移极化特点 当无外加电场的时候 非极性分子所带正负电荷的中心重合 根据电偶极矩的概念可以知道 固有电偶极矩为零 当将非极性分子置于外电场中的时候 在外电场的作用之下使得分子的正负电荷中心发生微小位移 产生附加电偶极矩 并且附加电偶极矩沿着外电场的方向 第三章静态电磁场中的介质 第三章静态电磁场中的介质 非极性分子 2 极性分子 取向极化特点 当无外加电场时极性分子所带正负电荷的中心不重合 其固有电偶极矩不为零 虽然每一个极性分子均具有固有电偶极矩 但是由于分子的不规则运动 在一块介质中 所有分子的固有电偶极矩的矢量和平均值为零 即宏观电矩为零 当把电介质放入到外部电场时 每个分子的电偶极矩受到力矩的作用 使分子的电偶极矩方向转向外加电场的方向 虽然各个分子仍然在做热运动 但其电偶极矩指向大致相同 第三章静态电磁场中的介质 极化 外电场作用之下 或者使电介质的分子产生附加电偶极矩 或者使电介质分子的固有电偶极矩沿外电场方向取向的这种现象称为电介质的极化 第三章静态电磁场中的介质 极性分子 3 2 2极化强度与束缚电荷极化强度 为了衡量介质被极化的程度以及极化性质或者束缚电荷 由于介质极化 体积V中的正 负电荷可能不完全抵消 从而出现净余的正电荷或者负电荷 即出现宏观电荷分布 我们称这种电荷为极化电荷或者束缚电荷 第三章静态电磁场中的介质 第三章静态电磁场中的介质 介质极化示意图 1 极化体电荷与极化强度之间的关系 2 面极化电荷与极化强度之间的关系 第三章静态电磁场中的介质 面极化电荷 3 3介质中的静电场方程3 3 1介质中的高斯定理 1 介质中静电场高斯定理的微分形式 2 介质中静电场高斯定理的积分形式 第三章静态电磁场中的介质 3 3 3介电常数组成关系 对于线性各向同性的介质而言 实验表明其组成关系为介质的结构方程 第三章静态电磁场中的介质 3 4物质的磁化3 4 1磁化的概念磁化 在外磁场的作用之下 电子的运动状态要发生变化 称这种现象为物质的磁化 而能被引起磁化的物质为磁介质 第三章静态电磁场中的介质 3 4 2磁化强度磁化强度 描述磁介质磁化的程度或者 第三章静态电磁场中的介质 3 4 4磁化电流磁化电流 当磁介质被外加磁场磁化之后 可以将其看作是真空中一系列磁偶极子 那么磁介质产生的附加磁场实质上就是这些磁偶极子在真空中产生的磁场 磁介质中由于分子磁矩的有序排列而呈现宏观磁效应 取向排列的分子电流同样会引起宏观电流分布 从而在介质内部要产生某一个方向的净电流 在介质的表面也要产生宏观面电流 我们称之为磁化电流 也叫作束缚电流 第三章静态电磁场中的介质 3 5磁介质中的磁场方程3 5 1磁介质中的安培环路定理磁介质中的磁场强度 第三章静态电磁场中的介质 磁介质中的安培环路定理 1 微分形式 2 积分形式