2021-2022学年高二物理竞赛课件：介质的电磁性.pptx

介质的电磁性 通过薄层进入介质2的正电荷为 ，由介质1通过薄层下侧面进入薄层的正电荷为 因此薄层出现的净余电荷为以 为极化电荷面密度，则有得到极化是均匀的极化是均匀的,极化极化(束缚束缚)电荷只出现在自由电荷附近及表面电荷只出现在自由电荷附近及表面,对均匀介质对均匀介质 (为常量为常量)也是如此也是如此.非均匀介质极化后非均匀介质极化后,一般在整个介质内部都出现束一般在整个介质内部都出现束 缚电荷缚电荷.将将 应用于介质表面上的应用于介质表面上的 闭合面闭合面S,S,可得极化电荷面密度可得极化电荷面密度当电场随时间改变时当电场随时间改变时 介质中的电场介质中的电场考虑到极化电荷产生电场考虑到极化电荷产生电场,令令 -电位移电位移矢量矢量.由于由于 上式上式变为变为:对各向同性的线性介质对各向同性的线性介质:-电容率电容率(介电常数介电常数)-极化率极化率例例1.1.沿轴向极化的均匀介质圆棒沿轴向极化的均匀介质圆棒,若设轴线为若设轴线为 x x轴轴 则极化强度则极化强度 如图如图:O a b x求求棒内的极化电荷密度棒内的极化电荷密度.棒表面的极化电荷电荷密度棒表面的极化电荷电荷密度.解：解：x=a处：处：x=b 处：处：例分析线性电介质中极化电荷的分布例分析线性电介质中极化电荷的分布可见极化电荷分布于介质的可见极化电荷分布于介质的不均匀处以不均匀处以及有及有自由电自由电荷的地方荷的地方的电子运动构成微观环形电流，这种环形电流相当的电子运动构成微观环形电流，这种环形电流相当于一个磁偶极子。在没有外磁场时，这些磁矩取向于一个磁偶极子。在没有外磁场时，这些磁矩取向是无规则的，不呈现宏观电流效应，一旦在外磁场是无规则的，不呈现宏观电流效应，一旦在外磁场作用下，环形电流出现有规则取向，形成宏观电流作用下，环形电流出现有规则取向，形成宏观电流效应，这就是磁化现象。效应，这就是磁化现象。在电磁学中，引入了磁化强度矢量在电磁学中，引入了磁化强度矢量 ，其定义，其定义为单位体积内的磁偶极子数，即为单位体积内的磁偶极子数，即其中 是第i 个环形电流的磁偶极子，即为第为第I I 个分子环流的面积，求和是对个分子环流的面积，求和是对 中所有环流进中所有环流进行。行。LS87612345 a)a)磁化电流密度与磁化强度的关系磁化电流密度与磁化强度的关系 由于磁化，引起介质内部环形电流有规则取向，呈现宏观电流效应，这种由磁化引起的电流称为磁化电流。设S为介质内部的一个曲面，其边界线为L，环形电流通过S面有两种情况:一种是在S面中间通过两次的环形电流，为1、2、3，这种电流环对总电流没有贡献；而另一种是在S面中间通过一次的环流，如面中间通过一次的环流，如4 4、5 5、7 7，这种电流环对，这种电流环对总电流有贡献，但这种情形只能发生在边界上。当总电流有贡献，但这种情形只能发生在边界上。当然，在然，在S S面外的电流环面外的电流环8 8，对总电流同样无贡献。，对总电流同样无贡献。每一个环形电流贡献为每一个环形电流贡献为i i 或或-i i，在在S S面上一共面上一共有多少这种电流呢？有多少这种电流呢？在边界线L上取一线元 ，设环形电流圈 的面积为 ，则由图可见，若分子中心位于体积元 的柱体内，则该环形电流就被 所穿过。因此，若单位体积内分子数为内分子数为n n，则被边界线，则被边界线L L穿过的环形电流数目为穿过的环形电流数目为此数目乘上每个环形电流i，即得从S背面流向前面的总磁化电流：以 表示磁化电流密度，有所以故得对 两边取散度，得这就说明磁化电流不引起电荷的积累，不存在磁化电流的源头。b)b)磁化电流面密度与磁化强度的关系磁化电流面密度与磁化强度的关系对于均匀介质，磁化后介质内部的 为一常矢量。可见 ，即介质内部 。但表面上却有电流分布。表面上却有电流分布。为此，要引入面电流密度的概念。面电流实际上是靠近表面的相当多分子层内的平均宏观效应，对于宏观来说薄层的厚度趋于零，则通过电流的横截面变为横截线。面电流密度（或叫线电流密度）的大小定义为垂直通过单位横截面（现在为线）的电流,它们方向即为该点电流的方向。介质2介质1 现在来看两介质交界面上的磁化电流分布情况。如图所示的回路中，有