第4章 電介質與磁介質.ppt

1、,9 電介質與磁介質,r 電介質的相對介電常數(shù),電介質:能夠對外電場產生影響的絕緣物質,比值與電源電壓無關,磁介質:能夠在磁場中顯示磁性的物質。,電介質,云母、紙張、蒸餾水等。,磁介質,鋁、錳、銅、鉍、鐵、鎳、硅鋼等。,1. 電介質極化現(xiàn)象：,v,充電,插入電介質,更換電源,更換介質,比值與介質性質有關,充電后極板上電荷未變，而插入介質后電場變化.,在外電場作用下，介質中出現(xiàn)電荷集聚的現(xiàn)象極化現(xiàn)象。聚集起來的電荷稱為極化電荷。,說明介質中產生了電荷集聚，其電場削弱了介質中的電場。,2. 電介質的極化機理：,無極分子與有極分子,無極分子：正負電荷中心重合。,有極分子：正負電荷中心不重合。,特點：

2、無固有的電偶極子。,特點：有固有的電偶極子。,無極分子,有極分子,+ -,無外場時,(無極分子電介質),(有極分子電介質),整體對外不顯電性,（熱運動）,位移極化與取向極化,有外場時,位移極化,取向極化, 無極分子電介質, 有極分子電介質,束縛電荷,束縛電荷,說明,兩種極化的宏觀效果一樣。,極化電場與外電場方向相反。,各向同性的均勻介質中極化電荷僅出現(xiàn)在介質的表面處。,極化電荷的電場不能完全抵消外電場，除非介質被擊穿。,取向極化中也有位移極化。,3.電介質中的高斯定理,各向同性介質,電介質的介電常數(shù)或電容率,定義 電位移矢量：,說明 ：,(介質中高斯定理的一般性公式。),(2) 公式2適用任何

3、電介質。,r, 公式1適用各向同性的均勻電介質.并且要求電介質充滿 電場所在的整個空間,或介質面為等勢面的情況。,（各向同性介質）,（各向異性介質）,解：此題為各向同性均勻介質，介質面為等勢面，應用高斯定理時，將 換為高斯面所在的介質中 ，,就無須考慮束縛電荷的存在。,例 導體球殼置于均勻各向同性介質中,如圖示.,求 (1)電場的分布 (2)緊貼導體球表面處的極化電荷,R1,R2,R0,+Q0,r,每個分子的電偶極矩,定義：極化強度矢量,電偶極子排列愈有序，極化強度愈強。,R1,R2,R0,+Q0,r,例,平行板電容器，其中充有兩種均勻電介質。,求,各電介質層中的場強,解,做一個圓柱形高斯面,

4、同理，做一個圓柱形高斯面,(1) 各電介質層中的場強不同,(2) 相當于電容器的串聯(lián),討論,電介質放入外場,相對介電常數(shù),磁介質放入外場,相對磁導率,反映磁介質對原場的影響程度,4.磁介質的磁化,磁介質放入外磁場中，產生附加磁場，使介質內的總磁場發(fā)生變化的現(xiàn)象叫做磁介質磁化。,抗磁質,順磁質,鐵磁質,抗、順磁質為弱磁性物質。鐵磁質為強磁性物質,抗磁質,對外不顯磁性,順磁質,由于熱運動，對外也不顯磁性,無外磁場作用時,5.磁介質磁化的微觀機理,分子中電子繞核運動和電子本身自旋運動,等效圓電流 （分子電流）,（分子磁矩）,順磁質與抗磁質,鐵磁質,磁性物質的組合體 （磁疇）,鐵磁質,由于熱運動，對外

5、也不顯磁性,每個磁疇區(qū)的,束縛電流,以無限長螺線管為例,在磁介質內部的任一處，相鄰的分子環(huán)流的方向相反，互相抵消。,在磁介質表面處各點，分子環(huán)流未被抵消，形成沿表面流動的面電流,束縛電流(磁化電流),結論：介質中的磁場由傳導電流和束縛電流共同產生。,6.磁介質中的安培環(huán)路定理,介質內可能有磁化電流。,由,定義,- 介質磁導率。,各向同性的磁介質（弱磁性物質）,各向異性的磁介質（弱磁性物質）,介質上的束縛電流和磁化程度有關。,磁場強度,磁偶極子排列愈有序，磁化強度絕對值越大。,理論可證明：,由,定義：磁化強度矢量,定義：磁場強度：,歷史上對磁場強度和磁感應強度命名雖不大合適，但一直沿用至今。,每個分子磁矩,討論,各向同性磁介質：,上式是介質中安培環(huán)路定理的一般性公式。,各向異性磁介質：,比較, 磁介質的磁化所產生的附加磁場可以與原磁場方向相同，也可以相反。而電極化產生的附加電場只能與原電場方向相反。, 磁介質有磁滯現(xiàn)象，電介質無此概念。,例 如圖所示的環(huán)形螺線管內，充滿相對磁導率為的磁介質，以I0表示傳導電流，管上均勻地繞有N匝線圈。試求螺線管內各點的磁感應強度。,解 以半徑R作一圓形閉合回路，根據對稱性及磁介質中的安培環(huán)路