第4章 電介質(zhì)與磁介質(zhì).ppt

1、,9 電介質(zhì)與磁介質(zhì),r 電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù),電介質(zhì):能夠?qū)ν怆妶?chǎng)產(chǎn)生影響的絕緣物質(zhì),比值與電源電壓無(wú)關(guān),磁介質(zhì):能夠在磁場(chǎng)中顯示磁性的物質(zhì)。,電介質(zhì),云母、紙張、蒸餾水等。,磁介質(zhì),鋁、錳、銅、鉍、鐵、鎳、硅鋼等。,1. 電介質(zhì)極化現(xiàn)象：,v,充電,插入電介質(zhì),更換電源,更換介質(zhì),比值與介質(zhì)性質(zhì)有關(guān),充電后極板上電荷未變，而插入介質(zhì)后電場(chǎng)變化.,在外電場(chǎng)作用下，介質(zhì)中出現(xiàn)電荷集聚的現(xiàn)象極化現(xiàn)象。聚集起來(lái)的電荷稱為極化電荷。,說(shuō)明介質(zhì)中產(chǎn)生了電荷集聚，其電場(chǎng)削弱了介質(zhì)中的電場(chǎng)。,2. 電介質(zhì)的極化機(jī)理：,無(wú)極分子與有極分子,無(wú)極分子：正負(fù)電荷中心重合。,有極分子：正負(fù)電荷中心不重合。,特點(diǎn)：

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

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

4、同理，做一個(gè)圓柱形高斯面,(1) 各電介質(zhì)層中的場(chǎng)強(qiáng)不同,(2) 相當(dāng)于電容器的串聯(lián),討論,電介質(zhì)放入外場(chǎng),相對(duì)介電常數(shù),磁介質(zhì)放入外場(chǎng),相對(duì)磁導(dǎo)率,反映磁介質(zhì)對(duì)原場(chǎng)的影響程度,4.磁介質(zhì)的磁化,磁介質(zhì)放入外磁場(chǎng)中，產(chǎn)生附加磁場(chǎng)，使介質(zhì)內(nèi)的總磁場(chǎng)發(fā)生變化的現(xiàn)象叫做磁介質(zhì)磁化。,抗磁質(zhì),順磁質(zhì),鐵磁質(zhì),抗、順磁質(zhì)為弱磁性物質(zhì)。鐵磁質(zhì)為強(qiáng)磁性物質(zhì),抗磁質(zhì),對(duì)外不顯磁性,順磁質(zhì),由于熱運(yùn)動(dòng)，對(duì)外也不顯磁性,無(wú)外磁場(chǎng)作用時(shí),5.磁介質(zhì)磁化的微觀機(jī)理,分子中電子繞核運(yùn)動(dòng)和電子本身自旋運(yùn)動(dòng),等效圓電流 （分子電流）,（分子磁矩）,順磁質(zhì)與抗磁質(zhì),鐵磁質(zhì),磁性物質(zhì)的組合體 （磁疇）,鐵磁質(zhì),由于熱運(yùn)動(dòng)，對(duì)外

5、也不顯磁性,每個(gè)磁疇區(qū)的,束縛電流,以無(wú)限長(zhǎng)螺線管為例,在磁介質(zhì)內(nèi)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(zhì)表面處各點(diǎn)，分子環(huán)流未被抵消，形成沿表面流動(dòng)的面電流,束縛電流(磁化電流),結(jié)論：介質(zhì)中的磁場(chǎng)由傳導(dǎo)電流和束縛電流共同產(chǎn)生。,6.磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理,介質(zhì)內(nèi)可能有磁化電流。,由,定義,- 介質(zhì)磁導(dǎo)率。,各向同性的磁介質(zhì)（弱磁性物質(zhì)）,各向異性的磁介質(zhì)（弱磁性物質(zhì)）,介質(zhì)上的束縛電流和磁化程度有關(guān)。,磁場(chǎng)強(qiáng)度,磁偶極子排列愈有序，磁化強(qiáng)度絕對(duì)值越大。,理論可證明：,由,定義：磁化強(qiáng)度矢量,定義：磁場(chǎng)強(qiáng)度：,歷史上對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度命名雖不大合適，但一直沿用至今。,每個(gè)分子磁矩,討論,各向同性磁介質(zhì)：,上式是介質(zhì)中安培環(huán)路定理的一般性公式。,各向異性磁介質(zhì)：,比較, 磁介質(zhì)的磁化所產(chǎn)生的附加磁場(chǎng)可以與原磁場(chǎng)方向相同，也可以相反。而電極化產(chǎn)生的附加電場(chǎng)只能與原電場(chǎng)方向相反。, 磁介質(zhì)有磁滯現(xiàn)象，電介質(zhì)無(wú)此概念。,例 如圖所示的環(huán)形螺線管內(nèi)，充滿相對(duì)磁導(dǎo)率為的磁介質(zhì)，以I0表示傳導(dǎo)電流，管上均勻地繞有N匝線圈。試求螺線管內(nèi)各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。,解 以半徑R作一圓形閉合回路，根據(jù)對(duì)稱性及磁介質(zhì)中的安培環(huán)路