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zxc 第9章 介质中的电场和磁场 本章内容： 9. 1 电介质的极化 束缚电荷 9. 2 电介质内的电场强度 9. 3 电介质中的高斯定理 电位移矢量D 9. 4 磁介质的分类 9. 5 顺磁性和抗磁性的微观解释 9. 6 磁介质中的安培环路定理 磁场强度H 9. 8 铁磁质 *9. 7 D、E 、P 和 B 、H 、M的关系 9.1 电介质的极化 束缚电荷 9.1.1.电介质 电容器的电容 ?r —电介质的相对介电常数 介质中电场减弱 电介质:绝缘体 (放在电场中的)电介质 电场 实验结论 介质中 电场减弱 介质充满电场或介质表面为等势面 充有电介质的电容器的电容 几种电介质的相对介电常数 干燥空气 1.0006 蒸馏水 81 云母 6 9.1.2.电介质分子的电结构 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) 9.1.3.电介质的极化 束缚电荷 整体对外不显电性 （热运动） 有外场时 (分子) 位移极化 (分子) 取向极化 束缚电荷?′ 束缚电荷?′ ? 无极分子电介质 ? 有极分子电介质 外电场E0↑? 极化?′↑ ?介质内电场 E↑ ?击穿。 讨论 9.2 电介质内的电场强度 以充满相对介电常数为?r 的各向同性均匀电介质的平行板电容器为例 电介质内部的电场强度 其中 由实验 9.3 电介质中的高斯定理 电位移矢量D 加入电介质(εr ) ? — 介电常数 令： 电位移矢量 通过高斯面的电位移通量等于高斯面所包围的自由电荷 的代数和，与极化电荷及高斯面外电荷无关。 (1) 电位移线 由于闭合面的电位移通量等于被包围的自由电荷，所以D线发自正自由电荷 止于负自由电荷。 + + + + + + + + + - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ?r (2) 各向同性电介质 :介电常数,为决定于电介质种 类的常数 讨论 R1 R2 例 导体球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 R0 +Q0 解 (1) r (2) R1 R2 R0 +Q0 r 例 平行板电容器，其中充有两种均匀电介质。 求 (1) 各电介质层中的场强 (2) 极板间电势差 解 做一个圆柱形高斯面 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 1. 磁介质—— 放入磁场中能够显示磁性的物质 电介质放入外场 9.4 磁介质的分类 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 相对磁导率 顺磁质 抗磁质 减弱原场 增强原场 弱磁性物质 顺磁质和抗磁质的相对磁导率都非常接近于1, 即 铁磁质 通常不是常数 具有显著的增强原磁场的性质 强磁性物质 2. 磁介质的分类 (如： 铬、铀、锰、氮等) (如：铋、硫、氯、氢等) (如：铁、钴、镍及其合金等) 原子中电子的轨道磁矩 电子的自旋磁矩 电子自旋磁矩与轨道磁矩有相同的数量级 分子固有磁矩 —— 所有电子磁矩的总和 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 9. 5 顺磁性和抗磁性的微观解释 有外磁场作用时 顺磁质 分子的固有磁矩 受力矩 的作用， 使分子的固有磁矩趋于外磁场方向 排列。但由于分子热运动的影响，各分子 固有磁矩的取向不可能完全整齐，不过外 磁场越强，排列越整齐。 正是由于这种取向排列使得原磁场得到加强， 但这种加强很小。 抗磁质 它的分子没有固有磁矩，为什么也能受磁场的影响？ 抗磁质在外磁场的作用下产生附加磁矩。 以电子的轨道运动为例：(如电子沿相反的方向做轨道运动，同样的分析方法) 无论电子轨道运动如何，外磁场对它的力矩总使它产生一个与外磁场方向相反的附加磁矩。 附加磁矩产生附加磁场,附加磁场与外场方向相反——抗磁质 9. 6 磁介质中的安培环路定理 磁场强度H 9.6.1磁介质的磁化 束缚电流 以无限长螺线管为例 顺 磁 质 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：介质中磁场由传导和束缚电流共同产生。 9.6.2. 磁介质中安培环路定理 磁场强度H 以充满各向同性均匀顺磁质的螺绕环为例 在螺绕环未充介质时 由上两式 因而 令 -- 磁场强度 μ--- 磁导率， （磁介质的安培环路定理） 磁介质内磁场强度沿所选