第4章 电介质与磁介质.ppt

1、,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,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.,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：

2、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

3、电介质。,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,R1,R2,R0,+Q0,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。,R1,R2,R0,+Q0,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,

4、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

5、也不显磁性,每个磁畴区的,束缚电流,以无限长螺线管为例,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：,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I0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