电磁学14-电介质的极化

§4.7 导体中的电磁感应及其应用

电磁感应对导体的运动的影响

?在磁场中运动的导体运动会受到阻碍。

–其中产生动生电动势，导致感生电流的出

现，根据愣次定律，导体运动受阻碍，这种现象称为电磁阻尼。

–可用于制动装置。

?相对于导体运动的磁场，会对导体产生牵引的力，推动导体运动。

–感应电动机的原理。

导体的抗磁性

?导体可以抵抗交变的磁场进入其体内，称为导体的抗磁性。

–因为电磁感应效应，导体中产生的感应电

流，根据愣次定律，其感应电流抵抗导体内磁场的变化。当外磁场高频变化的情况，导体可以较好的阻挡其进入导体内。这是导体的磁屏蔽。与电屏蔽统称电磁屏蔽。

–对于稳衡条件下，导体一般没有抗磁性，即导体无法屏蔽稳衡磁场。

–超导体材料有完全抗磁性，称迈斯纳效应，这是因为其中没有电流的发热损耗，感应电流可以长期保持。

趋肤效应

?导线中通有交变电流时，导线中的电流分布是不均匀的，导线表面处电流密度较大，这种现象称趋肤效应。

–电流频率越高，趋肤效应越明显。

–趋肤效应使导线的有效电阻增大。

–应用：高频导线可采用多股

的辫线或表面镀银增加电导。

或采用中空管节省材料。

趋肤效应的理论解释，参见赵凯华《电磁学》高等教育出版社，1985，P.472

第五章电介质?电介质在电场中的极化

?电介质存在时的电场理论

§5.1 电介质及其极化

?笼统的说，电介质材料就是绝缘材料。

–一般的绝缘材料电导率<10-10(Ω.cm)-1;

–一般的导体电导率在104～106(Ω.cm)-1

?有介质填充的电容

–从现象上看，平板电容器中插入绝缘物质板

在电荷不变情况下极板间电压变小，即电容

器的电容量变大，这就是电介质的介电效应。

?实验研究表明电介质的介电效应是由于在电场的

作用下电介质上出现了宏观电荷分布。

?实验表明，电容器C0，极板间充满一种电介质

后，电容器的电容值变为ε

r C0，其中εr是由电

介质材料决定的一个常数，称为该种材料的介电常数。

?极化：电介质在外电场中出现宏观电荷分布的现象称电介质的极化

?极化电荷：电介质由于极化出现的宏观电荷。

–注意：极化电荷不能在电场作用下自由运动。因此

又称“束缚电荷”。

?极化现象的微观解释：

–电介质所带的净电荷为零，一般也没有自由移动电

荷。

–电荷局限在原子或分子范围，原子或分子整体为电

中性，但是可以在其一端显示负电性，而另一端显

示为正电性，即从原子或分子的尺度看，是可以有

“电荷分布”的。

–大量原子的微观“电荷分布”的总体叠加效果，就可

能导致出现宏观电荷分布的现象。

?构成电介质的分子

–无极分子：正负电荷的“有效中心”重合。

?比如，N

2，CCl

4

等

–有极分子：正负电荷的“有效中心”不重合。

?比如，H

2O，NH

3

等

?未极化的电介质不显示宏观的电荷分布–无极分子不会产生宏观电荷。

–有极分子大量随机分布，宏观平均电荷为零。

?在外电场下电介质极化，显示宏观电荷分布：–位移极化：无极分子正负电荷“有效中心”不再重合。

?电子位移极化

?离子位移极化

–取向极化：大量有极分子发生定向排列。

电介质的击穿

?理想电介质中没有自由电荷，但是实际的电介质中总是存在一定的自由电荷。可以在电场作用下产生微弱的电流。?加在电介质上的电场强度足够大时，电介质中的电流迅速增加，其绝缘性能被破坏，甚至电介质可能被烧毁。这叫电介质的击穿。

–这是因为电介质中的分子被电离，产生大量自由电荷，故电介质中的电流急速增加。?在本章，主要讨论理想电介质的极化。一般不考虑其自由电荷和击穿效应。

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电介质的分类

?线性、非线性电介质

–线性：P和E成线性关系

–非线性：P和E有非线性关系，比如和E的2次方有关?各向同性、各向异性电介质

–各向同性：各个方向上极化率相同，P和E方向相同。

–各向异性：极化率随方向变化（比如某些单晶材料，

如石英等），用张量表示P；P和E方向不相同

?均匀、非均匀电介质

–均匀：体内各处材料性质相同，体内极化率各处相同–非均匀：各处材料性质不同，极化率随位置变化。?一般的，在本课程的讨论中，若非特别说明，电介质都是均匀、线性、各向同性的。

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