1、本章內(nèi)容：本章內(nèi)容：9. 1 電介質(zhì)的極化電介質(zhì)的極化 束縛電荷束縛電荷9. 2 電介質(zhì)內(nèi)的電場強度電介質(zhì)內(nèi)的電場強度9. 3 電介質(zhì)中的高斯定理電介質(zhì)中的高斯定理 電位移矢量電位移矢量D9. 4 磁介質(zhì)的分類磁介質(zhì)的分類9. 5 順磁性和抗磁性的微觀解釋順磁性和抗磁性的微觀解釋9. 6 磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理 磁場強度磁場強度H9. 8 鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)*9. 7 D、E 、P 和和 B 、H 、M的關系的關系Xian Jaotong University9.1 電介質(zhì)的極化電介質(zhì)的極化 束縛電荷束縛電荷9.1.1.電介質(zhì)電介質(zhì) 電容器的電容電容器的電容 r 電介質(zhì)的相對介

2、電常數(shù)電介質(zhì)的相對介電常數(shù)0CCr介質(zhì)中電場減弱介質(zhì)中電場減弱1r電介質(zhì)電介質(zhì):絕緣體絕緣體(放在電場中的放在電場中的)電介質(zhì)電介質(zhì)電場電場實驗實驗結(jié)論結(jié)論ruu0rEE0介質(zhì)中介質(zhì)中電場減弱電場減弱介質(zhì)充滿電介質(zhì)充滿電場或介質(zhì)表場或介質(zhì)表面為等勢面面為等勢面充有充有電介質(zhì)的電容器的電容電介質(zhì)的電容器的電容幾種電介質(zhì)的相對介電常數(shù)幾種電介質(zhì)的相對介電常數(shù)干燥空氣干燥空氣1.0006蒸餾水蒸餾水81云母云母6Xian Jaotong University9.1.2.電介質(zhì)分子的電結(jié)構(gòu)電介質(zhì)分子的電結(jié)構(gòu)無極分子無極分子有極分子有極分子 + + - -lqpv無外場時無外場時(無極分子電介質(zhì)無極分子

3、電介質(zhì))(有極分子電介質(zhì)有極分子電介質(zhì))0p9.1.3.電介質(zhì)的極化電介質(zhì)的極化 束縛電荷束縛電荷整體對外不顯電性整體對外不顯電性HHHHC4CH0104HHOOH2（熱運動）（熱運動）Xian Jaotong University0Ep0Epv有外場時有外場時( (分子分子) ) 位移極化位移極化 ( (分子分子) ) 取向極化取向極化束縛電荷束縛電荷束縛電荷束縛電荷 無極分子電介質(zhì)無極分子電介質(zhì) 有極分子電介質(zhì)有極分子電介質(zhì)外電場外電場E0 極化極化 介質(zhì)內(nèi)電場介質(zhì)內(nèi)電場 E 擊穿。擊穿。r討論討論Xian Jaotong University00 0EEE9.2 電介質(zhì)內(nèi)的電場強度電介質(zhì)

4、內(nèi)的電場強度以充滿相對介電常數(shù)為以充滿相對介電常數(shù)為 r 的各向同性均勻電介的各向同性均勻電介質(zhì)的平行板電容器為例質(zhì)的平行板電容器為例 0EEE0)11 (r000E0E電介質(zhì)內(nèi)部的電場強度電介質(zhì)內(nèi)部的電場強度 其中其中由實驗由實驗rEE0000EXian Jaotong University00 9.3 電介質(zhì)中的高斯定理電介質(zhì)中的高斯定理 電位移矢量電位移矢量DSSES)(1d00加入電介質(zhì)加入電介質(zhì)(r )000dqSSESr0dqSDSEEDr0S 介電常數(shù)介電常數(shù)令：令：電位移矢量電位移矢量 通過高斯面的電位移通量等于高斯面所包圍的自由電荷通過高斯面的電位移通量等于高斯面所包圍的自由

5、電荷 的代數(shù)和，與極化電荷及高斯面外電荷無關。的代數(shù)和，與極化電荷及高斯面外電荷無關。0)11 (rXian Jaotong University(1) 電位移線電位移線由于閉合面的電位由于閉合面的電位移通量等于被包圍移通量等于被包圍的自由電荷，所以的自由電荷，所以D線發(fā)自線發(fā)自正自由電荷正自由電荷 止于止于負自由電荷負自由電荷。+- - - - - - - - -+- - - - - - - - - - - - - - - - - - - -DE r(2) 各向同性電介質(zhì)各向同性電介質(zhì)EDr0E: :介電常數(shù)介電常數(shù), ,為決定于電介質(zhì)種為決定于電介質(zhì)種 類的常數(shù)類的常數(shù)r討論討論Xian

6、Jaotong UniversityR1R2例例 導體球置于均勻各向同性介質(zhì)導體球置于均勻各向同性介質(zhì) 中中, ,如圖示如圖示. .求求 (1)電電場的分布場的分布 (2)緊貼導體球表面處的極化電荷緊貼導體球表面處的極化電荷1r2rR0+Q0解解 (1)iiSqSD內(nèi),0dr024QDrDE1)(00Rr )(4102100RrRrQr)(4212200RrRrQr)( 42200rRrQ)(0rR Xian Jaotong University) (1d00QQSES) (14002QQEr) (41020QQrE01)11 (QQr(2)R1R21r2rR0+Q0rXian Jaotong

7、 University例例 平行板電容器，其中充有兩種均勻電介質(zhì)。平行板電容器，其中充有兩種均勻電介質(zhì)。AB1d2d求求(1) 各電介質(zhì)層中的場強各電介質(zhì)層中的場強(2) 極板間電勢差極板間電勢差1S解解 做一個圓柱形高斯面做一個圓柱形高斯面1S內(nèi)）11(dSiSqSD111SSD1D2S同理，做一個圓柱形高斯面同理，做一個圓柱形高斯面2S內(nèi)）22(dSiSqSD2D1211roE22roEXian Jaotong UniversityBArEud1211021ddddddrErE2211ddroro(1) 各電介質(zhì)層中的場強不同各電介質(zhì)層中的場強不同(2) 相當于電容器的串聯(lián)相當于電容器的串

8、聯(lián)122121ddSuqC11uqC11dS22uqC22dS21111CCC122121ddSCr討論討論Xian Jaotong University1. 磁介質(zhì)磁介質(zhì) 放入磁場中能夠顯示磁性的物質(zhì)放入磁場中能夠顯示磁性的物質(zhì) 0E0EEE電介質(zhì)放入外場電介質(zhì)放入外場0EE9.4 磁介質(zhì)的分類磁介質(zhì)的分類rEE10相對介電常數(shù)相對介電常數(shù)磁介質(zhì)放入外場磁介質(zhì)放入外場roIN0B0BBB0BB?rBB0相對磁導率相對磁導率r 反映磁介質(zhì)對原場的影響程度反映磁介質(zhì)對原場的影響程度 Xian Jaotong University相對磁導率相對磁導率0BBr順磁質(zhì)順磁質(zhì)抗磁質(zhì)抗磁質(zhì)1r減弱原場減弱

9、原場0BB 1r增強原場增強原場0BB 弱弱磁磁性性物物質(zhì)質(zhì)順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)的相對磁導率都非常接近于順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)的相對磁導率都非常接近于1, 即即鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì))1010(421r通常不是常數(shù)通常不是常數(shù)具有顯著的增強原磁場的性質(zhì)具有顯著的增強原磁場的性質(zhì)強磁性物質(zhì)強磁性物質(zhì)1r2. 磁介質(zhì)的分類磁介質(zhì)的分類(如：如： 鉻、鈾、錳、氮等鉻、鈾、錳、氮等)(如：鉍、硫、氯、氫等如：鉍、硫、氯、氫等)(如：鐵、鈷、鎳及其合金等如：鐵、鈷、鎳及其合金等)Xian Jaotong University原子中電子的軌道磁矩原子中電子的軌道磁矩Lmepm2電子的自旋磁矩電子的自旋磁矩Smeps電子自旋磁矩電

10、子自旋磁矩與軌道磁矩有與軌道磁矩有相同的數(shù)量級相同的數(shù)量級分子固有磁矩分子固有磁矩 所有電子磁矩的總和所有電子磁矩的總和mmpp抗磁質(zhì)抗磁質(zhì)0mp對外不顯磁性對外不顯磁性順磁質(zhì)順磁質(zhì)0mp由于熱運動，對外也不顯磁性由于熱運動，對外也不顯磁性v無外磁場作用時無外磁場作用時9. 5 順磁性和抗磁性的微觀解釋順磁性和抗磁性的微觀解釋0mpXian Jaotong Universityv有外磁場作用時有外磁場作用時順磁質(zhì)順磁質(zhì) 分子的固有磁矩分子的固有磁矩mp受力矩受力矩BpMm的作用，的作用，使分子的固有磁矩使分子的固有磁矩趨于外磁場方向趨于外磁場方向排列。但由于分子熱運動的影響，各分子排列。但由于

11、分子熱運動的影響，各分子固有磁矩的取向不可能完全整齊，不過外固有磁矩的取向不可能完全整齊，不過外磁場越強，排列越整齊。磁場越強，排列越整齊。正是由于這種取向排列使得原磁場得到加強，正是由于這種取向排列使得原磁場得到加強，但這種加強很小。但這種加強很小。0B1BXian Jaotong University抗磁質(zhì)抗磁質(zhì) 它的分子沒有固有磁矩，為什么也能受磁場的影響？它的分子沒有固有磁矩，為什么也能受磁場的影響？抗磁質(zhì)在外磁場的作用下產(chǎn)生抗磁質(zhì)在外磁場的作用下產(chǎn)生附加磁矩附加磁矩。以電子的軌道運動為例：以電子的軌道運動為例：( (如電子如電子沿相反的方向做軌道運動，同樣的沿相反的方向做軌道運動，同

12、樣的分析方法分析方法) )0BimpLMmp無論電子軌道運動如何，外磁場對無論電子軌道運動如何，外磁場對它的力矩總使它產(chǎn)生一個與外磁場它的力矩總使它產(chǎn)生一個與外磁場方向相反的附加磁矩。方向相反的附加磁矩。附加磁矩產(chǎn)生附加磁場附加磁矩產(chǎn)生附加磁場,附加磁場與外場方向相附加磁場與外場方向相反反抗磁質(zhì)抗磁質(zhì)Xian Jaotong University9. 6 磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理 磁場強度磁場強度H9.6.1磁介質(zhì)的磁化磁介質(zhì)的磁化 束縛電流束縛電流0B以無限長螺線管為例以無限長螺線管為例順順磁磁質(zhì)質(zhì)0I0ISI在磁介質(zhì)內(nèi)部的任一處，在磁介質(zhì)內(nèi)部的任一處，相鄰的分子環(huán)流的方

13、向相相鄰的分子環(huán)流的方向相反，互相抵消。反，互相抵消。在磁介質(zhì)表面處各點，在磁介質(zhì)表面處各點，分分子環(huán)流未被抵消，形成沿子環(huán)流未被抵消，形成沿表面流動的面電流表面流動的面電流SI束縛電流束縛電流(磁化電流磁化電流)結(jié)論：結(jié)論：介質(zhì)中磁場由傳導和束縛電流共同產(chǎn)生。介質(zhì)中磁場由傳導和束縛電流共同產(chǎn)生。Xian Jaotong University)(20SINIrB9.6.2. 磁介質(zhì)中安培環(huán)路定理磁介質(zhì)中安培環(huán)路定理 磁場強度磁場強度H以充滿各向同性均勻順磁質(zhì)的螺繞環(huán)為例以充滿各向同性均勻順磁質(zhì)的螺繞環(huán)為例roIN)(d0SLINIlB在螺繞環(huán)未充介質(zhì)時在螺繞環(huán)未充介質(zhì)時NIrB002由上兩式由

14、上兩式NIINIBBSr0因而因而NIlBrL0d HHBr0令令H- - 磁場強度磁場強度- 磁導率，磁導率，IlHLd（磁介質(zhì)的安培環(huán)路定理）（磁介質(zhì)的安培環(huán)路定理）磁介質(zhì)內(nèi)磁場強度沿所選閉合路徑磁介質(zhì)內(nèi)磁場強度沿所選閉合路徑的環(huán)流等于閉合積分路徑所包圍的的環(huán)流等于閉合積分路徑所包圍的所有所有傳導電流傳導電流的代數(shù)和。的代數(shù)和。Xian Jaotong University1. 電電極化強度極化強度P電偶極子排列的有序程度反映了介質(zhì)被極化的程度電偶極子排列的有序程度反映了介質(zhì)被極化的程度, , 排列排列愈有序，說明極化愈強烈。愈有序，說明極化愈強烈。PV每個分子的電每個分子的電偶極矩偶極矩

15、VpPii定義定義EPe0實驗表明：對于大多數(shù)常見的各向同性的電介質(zhì)，有實驗表明：對于大多數(shù)常見的各向同性的電介質(zhì)，有e- 電極化率電極化率*9. 7 D、E 、P 和和 B 、H 、M的關系的關系Xian Jaotong University00 以充滿各向同性均勻電介質(zhì)的平行板電容器為例以充滿各向同性均勻電介質(zhì)的平行板電容器為例VpPiiSdSdS0)11 (rEEEEPrrrr000001111可得可得PED0dXian Jaotong University2. 磁化強度磁化強度 M定義定義VpMm實驗表明：對順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)實驗表明：對順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)BHMmm以螺繞環(huán)為例以螺繞環(huán)為例Vp

16、MmSLSISSSiLI)(000000MnIMnIinIBBBS可得可得)(0MHB每個分子的磁矩每個分子的磁矩0ISIXian Jaotong University9.8.1 鐵鐵磁質(zhì)的磁化規(guī)律磁質(zhì)的磁化規(guī)律 磁滯回線磁滯回線鐵磁質(zhì)中鐵磁質(zhì)中HB 不是線性關系不是線性關系HB HrBHoabcdef 剩磁剩磁rB矯頑力矯頑力CHHBo實驗證明：各種鐵磁質(zhì)的起始曲線都是實驗證明：各種鐵磁質(zhì)的起始曲線都是“不可逆不可逆”的，的， 磁滯現(xiàn)象磁滯現(xiàn)象nIH 9.8 鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)r討論討論Xian Jaotong UniversityBHoBHoHC 較小較小HC 較大較大易磁化，易退磁易磁化，易退磁剩磁較強，不易退磁剩磁較強，不易退磁變壓器、電機、電磁鐵的鐵芯變壓器、電機、電磁鐵的鐵芯可作永久磁鐵可作永久磁鐵(4) 鐵磁質(zhì)的磁化狀態(tài)與鐵磁質(zhì)此前的磁化歷史有關鐵磁質(zhì)的磁化狀態(tài)與鐵磁質(zhì)此前的磁化歷史有關軟磁材料軟磁材料硬磁材料硬磁材料(3) 不同材料，矯頑力不同不同材料，矯頑力不同(2 2) 鐵磁質(zhì)溫度高于某一溫度鐵磁質(zhì)溫度高于某一溫度TC 時時, 鐵磁質(zhì)轉(zhuǎn)化為順磁質(zhì)鐵磁質(zhì)轉(zhuǎn)化為順磁質(zhì), 此此臨界溫度稱為居里點。臨界溫度稱為居里點。Xian Jaotong University9.8.2 磁