介质中的麦克斯韦方程组.PDF

第四讲 上次课  真空中 Maxwell 方程     B    E       E /  , E , B 0, B  j  0 0 0 0 t t   E ,B 是真实的有物理含义的场，会对处于其中的电荷（流）有作用力 ！ §1.5 介质中的麦克斯韦方程组 前面我们研究了真空中的电磁理论。然而，我们所关心的更多的是介质中的 电磁场的行为-即使空气也是一种特殊的电磁介质。在我们仔细考虑电磁介质中 的电磁理论之前，有一点核心问题必须澄清- 电磁场的最终来源是电荷及电流，只要空间某处存在某种电荷/电流（无 论其起源），就有电磁场产生，而与那个地方有无物质/什么物质无关！ 有了这点基本认识，我们研究电磁介质中的电磁场就归结为寻找当有电磁介 质存在时的总的电荷/电流分布。在具体研究之前，首先理一理脉络。在空间施 加由处于很远处的电荷（流）产生的电（磁）场，当在这个场中放入一块电（磁） 介质时，电（磁）介质在外电（磁）场的作用下被极（磁）化，产生电（磁）偶 极子。电（磁）偶极子的产生使得空间中不再为电（磁）中性，从而产生了束缚 于电（磁）介质的极化（磁化）电荷（电流），这些束缚电荷（电流）与处于远 处的自由电荷（电流）一样可以产生电磁场，因此它们一起产生了空间的总场。 介质的极化（磁化）是由空间的总场决定的，因为场，无论是由源电荷产生的， 还是由极（磁）化电荷（流）产生的，都会作用到介质中上。因此极化（磁化） 场应与空间总场达到平衡。用图形可以表示为 f 源电荷 源场 极化（磁化） 束缚电荷 （流） 束缚电荷 电介质 反馈极（磁）化，自洽 p ++ 总场修正 束缚电荷产生的场 因此，理解了上图中所有的过程后，我们才能对介质中的电磁场有完整的理解。 1．介质的极化及磁化 当电介质放置于电场中时，正负电荷被电场拉开，产生电偶极子，这个过程叫极 化。同样，一个无磁性的磁介质被放置于外磁场中时，原本杂乱无章运动的电子 1 在外磁场的作用下产生一个个分子环流（亦即磁偶极子），这个过程被称作磁化。 B m m 极化和磁化的过程还有另外的可能性。体系中的构成单元原本是带有固有电（磁） 偶极距的，但在无外加电（磁）场存在的时候这些电（磁）极距杂乱排列，不显 水 顺磁介质 示出极（磁）性；当外加电（磁）场时，这些原本杂乱排列的电（磁）偶极子沿 着电（磁）场排列，产生宏观电（磁）矩。为了描述极化（磁化）的大小，定义 极化（磁化）强度两个宏观量，   p i mi 