介质中电磁场的性质解读

§1·4介质中电磁场的性质1、介质一般的介质都是由原子和分子组成，而原子和分子由带正电的原子核和带负电的电子构成，所以，从微观上来说，介质是由带电粒子组成的多粒子带电系统。(1)假设无外场作用于介质，则宏观上来说介质整体保持电中性，且介质中电荷的分布恒定，即：(2)当介质处于外加电磁场中，有极分子的取向会发生取向极化无极分子或原子会发生位移极化导致介质的极化因而：另外，外加磁场会转变分子电流环的取向，由此导致：所以，在介质中：2、介质的极化电偶极矩：当介质为非均匀介质或外场非均匀电场时，介质内有可能存在充裕的束缚电荷，即：极化强度：在介质外表，沿极化方向取长为l、底面积为dS的微元，则从微元中穿出介质的束缚电荷数为：明显，对于有限体积元V来说，总的穿出介质的束缚电荷数为：明显：所以有：套用Gauss公式有：令体极化电荷密度为：，则对于有限体积元来说，总束缚电荷数为：由此得：争论：(1)若，则有：(2)若，则有：对于均匀介质，假设置于均匀外场中，介质均匀极化，则介质中无束缚电荷；但对于非均匀介质，或介质由多种不同介电性质的电介质构成，则即使处于均匀外场中，在介质内部也会消失束缚电荷。由介质2极化在介质分界面上累积的束缚电荷数为：由介质1极化在介质分界面上累积的束缚电荷数为：所以，在分界面上净束缚电荷数为：当介质被极化，一般来说：而束缚面电荷密度为：3、电位移矢量由极化束缚电荷产生相应的极化电场：,所以在介质内有：则：依据前面的争论：所以：

定义电位移矢量：

即：

对于各向同性的线性介质而言：

令：，则：这里：，极化率；，相对介电常数；，介电常数。4、介质的磁化磁性介质分类：

弱磁性介质

强磁性介质：铁磁体顺磁性介质

抗磁性介质

磁偶极子：

磁化强度：

当磁性介质内的分子电流环在外磁场中有序排列，其内部一般就会消失极化电流：如图，L为一闭合曲线，以L为边界限取一曲面S，现在考虑有序排列的分子电流环对磁化电流的奉献。以L为中心线，做一个横截面面积为a的闭合圆柱体。明显，当分子电流环的中心处于圆柱体外时，该分子电流环曲面S来说存在净电流通量，而处于圆柱体外的分子电流环没有奉献。所以，对S曲面来说，净磁化电流为：假设令磁化电流密度为：，则：这里n为有序排列分子电流环的密度。由以上两个磁化电流表达式可得：套用Stocks公式有：最终有：5、极化电流假设外加电场为时变场，则介质内的极化过程也在不停的变化，由此产生所谓的极化电流。对于有限体积元V，其总电偶极矩可以表示为：则极化强度为：则：6、介质中的磁场依据以上争论，介质中可能存在三种宏观电流：则：则在介质中有：依据前面的争论有：整理得：所以有：引入帮助量，磁场强度：则：对于各向同性的线性介质：，令：则：7、介质中的Maxwell方程这里：8、介质的电磁性质对于线性介质，我们有：但对于晶体，晶体的晶格构造的对称性造成了系统的电磁性质的各向异性，因而，一般来说，晶体沿不同方向具有不同的电磁性质，所以，各向异性的介质的电磁性质可以表示为：而在强场作用下，介质的电磁性质一般都不再保持线性关系，开头消失非线性项：非线性光学应用：1、光学倍频