1-4介质电磁性质.ppt

§1.4 介质的电磁性质 一、介质的极化 介质： 介质由分子组成，分子内部有带正电的原子核及核外电子，内部存在不规则而迅变的微观电磁场。 宏观物理量： 因我们仅讨论宏观电磁场，用介质内大量分子的小体元内的平均值表示的物理量称为宏观物理量（物理小体积：在宏观上无限小，在微观上无限大）。在没有外力场时，介质内宏观电荷、电流分布不出现，宏观场为零。 分子分类 (1) 有极分子：无外场时，正负电中心不重合，有分 子电偶极矩。但固取向无矩，不表现宏观电矩。 二、电介质存在时电场的散度和旋度 1、极化强度 4、介质与场的相互作用 5、介质中磁场的散度和旋度 四、介质中的麦克斯韦方程 方程的积分形式 五、介质的电磁性质方程 1、电磁场较弱 ⑵ 各向异性介质（如晶体） 2、电磁场较强时 附录：新型电磁材料－负折射率材料 （1）负折射率介质的提出 早在1968年，前苏联物理学家V．G．Veselago 就提出过负折射率介质的物理思想。 这种人造介质也称之为左手媒质 (Left –handed medium，LHM)、双负介质、后向波介质。该理论认为微波穿过LHM时将射向与Snell 定律不同的方向，即发生了微波异常传播的现象。 （2）负折射率介质的实验证明 2001年4月6日，美国著名刊物《Science》发表了题为“负折射率的实验证明”的论文．虽然此前已有报道，但由著名的科学刊物正式发表关于负折射率的文章尚属首次． （3）负折射率介质的理论解释 自然界的一切物质的折射率均为正值(n0)，从来不曾在已知材料中观察到负折射率(n0)，因此美国科学家的新研究成果在学术界和新闻界都颇为轰动．实验是在微波段(而非光频段)完成的，结果完全符合2000年初的预言：微波波束从样品中出来后，其方向与传统的Snell定律的叙述不同． 介质折射率的定义为： 当某种介质同时具有 时，n 0。 （4）完美透镜 英国皇家学院的 Pendry 研究了负折射晶体中电磁波的传播行为，指出这样的晶体对于光来说就如同一个透镜，可以在晶体中和晶体后成2个实像。但相比于普通的透镜，它突破了衍射的限制，因此可以大幅度提高光学存储器的存储容量、还可以用于医学成像方面。 （5）完全隐身 首先讨论非铁磁介质 均呈线性关系 ⑴ 各向同性均匀介质 极化率 电容率 磁化率 磁导率 各向异性介质电性质方程矩阵形式 电容率张量 电位移矢量与电场强度的关系为非线性关系 对于铁磁物质，一般情况不仅非线性，而且非单值 在电磁场频率很高时，情况更复杂，介质会出现色散现象。即使在电磁场较弱的情况 表现为频率的函数。 3、导体中的欧姆定律 电导率 不同坐标系中的电位移线或磁感应线 * * * §1.4 介质的电磁性质 一、电介质的极化 二、电介质中电场的散度和旋度 三、磁介质的磁化 四、介质中磁场的散度和旋度 五、介质中的麦克斯韦方程 六、介质的电磁性质 (2) 无极分子：无外场时，正负电中心重合，无分子 电偶极矩，也无宏观电矩。 (3) 分子电流：介质分子内部电子运动可以认为构成 微观电流。无外场时，分子电流取向无规，不出 现宏观电流分布。 介质的极化 极化使介质内部或表面上出现的电荷称为束缚电荷。 位移极化：介质中分子和原子的正负电荷在外加电场力的作用下发生小的位移，形成定向排列的电偶极矩； 取向极化：原子、分子固有电偶极矩不规则的分布，在外场作用下形成规则排列。 在外场作用下，两种电介质都出现宏观电偶极矩分布。 简化模型: 每个分子由相距为l的一对正负电荷 ?q 构成。 2、极化电荷密度 介质1 pi = p P = n p 由于极化，分子或原子的正负电荷发生位移，体积元内一部分电荷因极化而迁移到的外部，同时外部也有电荷迁移到体积元内部。因此体积元内部有可能出现净余的电荷（又称为束缚电荷）。 当偶极子的负电荷处于体积 l?dS 内时，同一偶极子的正电荷就穿出界面dS 外边。 设单位体积内分子数为 n，则穿出dS 外面的正电荷为 对包围区域V的闭合界面S积分，则由V内通过界面S穿出去的正电荷为 把面积分化为体积分，可得微分形式 由于介质是电中性的，这量也等于V内净余的负电荷。即有 （3）在两种不同均匀介质交界面上的一个很薄的层 内，由于两种物质的极化强度不同，存在极化 面电荷分布。 （1）线性均匀介质中，极化迁出的电荷与迁入的电 荷相等，不出现极化电荷分布。 （2）不均匀介质或由多