介质的电磁性质
介质的极化和介电常数
介质的极化和介电常数介质是指具有一定的电导率、介电常数、介磁常数和磁导率的物质，因此，在电磁学中，介质起着非常重要的作用。
介质的极化和介电常数是介质的两个重要性质，对于了解介质的性质和在电磁学应用中起着非常重要的作用。
一、介质的极化介质的极化是指当电场作用于介质时，介质中的分子或离子会发生定向排列，使得介质不再是电中性的状态。
介质中正负电荷的分离称为极化。
1.取向极化介质中的分子或离子具有磁矩或偶极矩，当外加电场作用时，它们会在外力的作用下发生旋转，并与电场方向调整一致而产生极化。
这种极化称为取向极化，它是介电常数与频率有关的一个主要因素。
2.电子云极化电子具有电荷，它在外电场作用下会产生势能，电子云会向外扩散，然后与电场相反的方向移动，形成极化电荷。
因为电子云的大小不一，电子云极化是介电常数与频率有关的另一个重要影响。
3.离子极化在某些情况下，例如在液态和熔融状态下，介质分子可以发生电离或掉电子，从而产生离子极化。
离子极化主要与介质的物理状态、化学结构和温度有关。
二、介电常数介电常数是介质在外电场作用下对电荷的电场力的响应能力的一种量度。
它反映了介质的电介质性质，是比电常数的函数。
介电常数在多种电磁学应用中都有它的功能，例如极板电容器、电场探测器、能量储存设备等。
它的理论计算通过一些基本理论可以求解，例如连续性方程、功率定理、闭合波导等。
综上所述，介质的极化和介电常数是介质电磁性质中的两个基本分支。
极化是介质对电场响应的一种体现，介电常数则对介质电场作用的响应能力进行定量描述，两种性质在相互联系、相互作用的基础上，共同组成了介质电介质学这个广泛应用的分支。
电介质分类
电介质分类
电介质是指电子元件中用来传导电流的物质，它可以是固体、液体或气体。
电介质的分类可以根据其物理性质和电学性质来划分。
一、根据物理性质分类
1、固体介质：固体介质是指以固体形式存在的电介质，它们的电阻率比液体和气体要高，常见的固体介质有金属、石英、玻璃、石墨等。
2、液体介质：液体介质是指以液体形式存在的电介质，它们的电阻率比固体要低，常见的液体介质有水、油、醇类等。
3、气体介质：气体介质是指以气体形式存在的电介质，它们的电阻率比液体和固体要低，常见的气体介质有氧气、氢气、氩气等。
二、根据电学性质分类
1、导体：导体是指具有良好的电导性的电介质，它们的电阻率比绝缘体要低，常见的导体有金属、水、油等。
2、绝缘体：绝缘体是指具有良好的绝缘性的电介质，它们的电阻率比导体要高，常见的绝缘体有石英、玻璃、石墨等。
三、根据电介质的用途分类
1、电气介质：电气介质是指用于传导电流的电介质，它们的电阻率比绝缘体要低，常见的电气介质有金属、水、油等。
2、电磁介质：电磁介质是指用于传导电磁波的电介质，它们的电阻率比电气介质要高，常见的电磁介质有空气、石英、玻璃等。
四、根据电介质的结构分类
1、单相介质：单相介质是指由一种电介质组成的电路，它们的电阻率比多相介质要低，常见的单相介质有金属、水、油等。
2、多相介质：多相介质是指由多种电介质组成的电路，它们的电阻率比单相介质要高，常见的多相介质有空气、石英、玻璃等。
电介质是电子元件中不可缺少的重要组成部分，它们的特性决定了电子元件的性能。
根据电介质的物理性质、电学性质、用途和结构，可以将电介质分为固体介质、液体介质、气体介质、导体、绝。
电磁学中的介质的电磁性质研究
电磁学中的介质的电磁性质研究电磁学是研究电场和磁场相互作用的学科，而介质是电磁场的重要组成部分。
介质是指在电磁场中具有电磁性质的物质，包括固体、液体和气体。
在电磁学中，研究介质的电磁性质对于理解电磁场的传播和相互作用机制至关重要。
介质的电磁性质主要包括电介质和磁介质两个方面。
电介质是指能够在电场中产生极化现象的物质，而磁介质则是能够在磁场中产生磁化现象的物质。
介质的电磁性质研究涉及到介质的极化和磁化过程，以及介质对电磁场的响应和传播特性。
在电磁学中，介质的极化是一种重要的现象。
当介质处于外加电场中时，介质中的正负电荷会发生分离，形成电偶极矩，从而导致介质的极化。
介质的极化可以分为电子极化、离子极化和定向极化等不同形式。
电子极化是指介质中的电子在外加电场作用下发生位移，从而形成电偶极矩；离子极化是指介质中的离子在外加电场作用下发生位移，形成电偶极矩；定向极化是指介质中的分子或原子在外加电场作用下发生取向变化，形成电偶极矩。
介质的极化现象不仅与介质的物理性质有关，还与外加电场的强度和频率等因素密切相关。
介质的极化现象对于电磁场的传播和相互作用具有重要影响。
在电磁波传播过程中，电磁波与介质相互作用，会引起介质中的电子、离子或分子发生极化现象，从而改变电磁波的传播速度和传播方向。
这种现象被称为介质对电磁波的吸收和散射。
介质对电磁波的吸收是指介质吸收电磁波的能量，而散射是指介质将电磁波的能量以不同的方向重新分布。
介质的吸收和散射对于电磁波的传播和应用有着重要的影响，例如在无线通信和雷达系统中，介质的吸收和散射会导致信号的衰减和传播路径的变化。
除了电介质，磁介质也是电磁学中的重要研究对象。
磁介质是指能够在磁场中发生磁化现象的物质。
当磁介质处于外加磁场中时，磁介质中的磁性微观磁偶极子会发生取向变化，形成磁化强度。
磁介质的磁化现象与电介质的极化现象类似，都是介质对外加场的响应。
磁介质的磁化现象对磁场的传播和相互作用具有重要影响，例如在电感器和变压器等电磁器件中，磁介质的磁化会导致磁场的集中和传输。
介质和电介质的特性和应用有哪些
介质和电介质的特性和应用有哪些一、介质的概念介质，又称传播介质，是指电磁波传播的媒介。
介质可以是固体、液体、气体，甚至是真空。
不同的介质对电磁波的传播有不同的影响。
介质中电磁波的传播速度与介质的性质有关，如介质的折射率、介电常数等。
二、电介质的特性电介质是指在电场作用下，其内部会产生极化现象，从而影响电场分布的物质。
电介质的主要特性有：1.极化：电介质在外加电场的作用下，内部会产生极化现象，即正负电荷分别向电场方向和相反方向移动，形成局部电荷分布。
2.介电常数：电介质的介电常数（ε）是描述电介质极化程度的物理量，反映了电介质对电场的响应能力。
介电常数越大，电介质的极化程度越高。
3.绝缘性：电介质具有良好的绝缘性能，可以阻止电流的流动。
绝缘材料广泛应用于电力系统和电子设备中，以防止漏电和短路。
4.存储电荷：电介质在去除电场后，仍能保留一定量的电荷，称为电容。
电容是电介质储存电能的能力，广泛应用于电容器中。
三、电介质的应用1.电容器：电容器是利用电介质的储存电荷能力，实现电能存储和释放的元件。
电容器广泛应用于电子设备、电力系统、通讯等领域。
2.绝缘材料：电介质具有良好的绝缘性能，可以阻止电流的流动。
绝缘材料广泛应用于电力系统和电子设备中，以防止漏电和短路。
3.屏蔽材料：电介质可以用于屏蔽电磁干扰，保护电子设备免受外部干扰。
4.介质波导：电介质波导是一种用于传输电磁波的介质管道，广泛应用于光纤通信、微波传输等领域。
四、介质的分类及应用1.固体介质：如陶瓷、玻璃、塑料等。
固体介质在电子元件和微波器件中有广泛应用，如微波谐振器、滤波器等。
2.液体介质：如水、油、酸碱盐溶液等。
液体介质在电力系统中作为绝缘材料和冷却剂，以及化学实验室中的试剂。
3.气体介质：如空气、氮气、氧气等。
气体介质在电力系统中作为绝缘气体，以及灯泡中的填充气体。
4.真空介质：真空是一种特殊的介质，具有极低的介电常数。
在某些高频电路和微波器件中，真空介质可以作为优良的传播介质。
磁化电流密度ppt课件
则得到
tˆ
(m
nˆ )
(M 2
M1
)
tˆ
即
m
nˆ
(M 2
M1)
又因为 故得到
nˆ
的总磁化电流：
Im
ina dl
L
M dl
以
jm
表示磁化电流密度，有
L
jm dS M dl
S
L
(
M
)
ds
S
13
所以
( jm M ) dS 0
S
故得
jm M
对 j两m 边取散度，得
jm 0
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。
电流。极化电流和极化电荷也满足连续性方程：
jp
p
t
0
即
jp
p
t
t
P
P
t
7
所以
jp
P t
称为极化电流密度
c) 极化电荷面密度与极化强度的关系
因为在非均匀介质内部，极化后一般出现极化电
荷。在均匀介质中，极化电荷只出现在介质界面上。
在介质1和介质2分界面上取一个面元为 ，在ds分界面
3
些有极分子在电场作用下按一定方向有序排列，从
宏观上来看这两种行为都相当于产生了一个电偶极
矩。在电磁学中，曾引进了极化强度矢量：
pi
P i
其中
pi
是第
i
个分子的电偶极矩，即
pi
qili ,
求和
是对 体积中所有分子进行的。
a) 极化电荷体密度与极化强度的关系
由于极化，正负电荷间发生了相对位移，每处的
15
介质的电磁性质
即使在电磁场较弱的情况 ， 表现为频率的函数。
3、导体中的欧姆定律
6、关于磁场的散度、旋度方程
B 0
H
Jf
D t
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四、介质中的麦克斯韦方程
JtDt
D
0
E dl
B
dS
L
S t d
H dl I D dS
L
dt D dS Q
S B dS 0
S
D
0
E
P
B 0(H M )
（3）在两种不同均匀介质交界
面上的一个很薄的层内，由于两
种物质的极化强度不同，存在极
化面电荷分布。
n
P
n
(P2
P1)
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3、电位移矢量的引入
P P
E
f
P
0
(0E P) f
D 0E P
存在束缚电荷的情况下，总电 场包含了束缚电荷产生的场，一 般情况自由电荷密度可知，但束 缚电荷难以得到(即使实验得到极 化强度,他的散度也不易求得)为 计算方便，要想办法在场方程中 消掉束缚电荷密度分布。
介质中的磁场由 J f JP JM JD 共同决定
机动 目录 上页 下页 返回 结束
0 J f JP JM JD
B
0J f
0
P t
0 M
00
E t
1
0
BM
Jf
0
E t
P t
P
JP
t
JM JD
0
M
E t
B
0
M
Jf
D t
磁场强度
H
介质的电磁性质
介质表面均匀分布着等量异号的极化电荷.
板外：E外 E0
板内：E1 E0 E仍为均匀电场。 A
E1 E1t E1n
利用边值关系 E1t E2t E sin
D1n
D2n
E
cos
E1n
E
cos
E1
E1t2 E2t2
sin2 ( cos )2 E
E1,n的夹角
tg
E1t E1n
些有极分子在电场作用下按一定方向有序排列，从 宏观上来看这两种行为都相当于产生了一个电偶极 矩。在电磁学中，曾引进了极化强度矢量：
pi
P i V
其中 pi是第 i 个分子的电偶极矩，即
求和是对 V体积中所有分子进行的。
pi qili
a) 极化电荷体密度与极化强度的关系
由于极化，正负电荷间发生了相对位移，每处的 正负电荷可能不完全抵消，这样就呈现宏观电荷，
负电荷，即
S
Qp Q P dS S
因为
Qp V pdV
式中V是S所包围的体积，所以
V pdV P dS V PdV S
即
p P
由此可见，负电荷为极化源头，正电荷为极化 尾闾。
b) 极化电流密度与极化强度的关系
当电场随时间改变时，极化过程中正负电荷 的相对位移也将随时间改变，由此产生的电流称
由n D2 D1 得：应用于上下极板界面
D1 f , D2 f .
E1
f 1
,
E2
f 2
,
由于 p n P2 P1 , 对两介质分界面：
p
P2 P1
e2 E2
e1
E1
2
1
f
0
左极板： p1 n
§1.4 介质的电磁性质
方程组各个式子都有各自的出处， B E 和原有物理含义及其演变； t 第一、二式反映了电磁场的基本 B 0 属性，适用于所有介质(因与介 D 质无关)； H J t 第三、四式引入的辅助量使理论 更简洁，也更容易操作。 D
介质由中性分子(带电粒子)组成。电动力学：各种 介质的电磁性质 → 电磁场与介质的相互作用。
2.电介质的分类与极化 无极分子：正负电中心重合/中性/无偶极矩。外电场 使正负电中心分离(位移极化)，宏观有极； 有极分子：正负电中心分离/非中性/有偶极矩。但分 子无规则运动抵消了电中性，使宏观平均电偶极矩为 零。外电场定向排列偶极矩(取向极化)，宏观有极。
电容率
r 1 e
极化率
相对电容率
3. 介质的磁化
安培：磁现象源于分子电流。
一个分子可等效为右图的电流 环，其分子磁矩(磁偶极矩)为： m ia 当施加外磁场时，这种 分子磁矩将定向排列，在 介质面上产生宏观面电流/ 磁矩 → 磁化。
磁化使介质表面形成宏 观面电流分布，即磁化面 电流(密度)，显磁性。
B 0 D H J t D
0
r0， r 1 M
介质均匀时， 算符不作用
例2 求线性均匀导体内自由电荷密度随时间变化规律。
解：
J E
D J 0 t
D E
显然 J M 0 对比 J 0
磁化电流不引起电 荷的累积，不存在 磁化电流的源头
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些有极分子在电场作用下按一定方向有序排列，从
宏观上来看这两种行为都相当于产生了一个电偶极
矩。在电磁学中，曾引进了极化强度矢量：
pi
P i
其中
pi
是第
i
个分子的电偶极矩，即
pi qili , 求和
是对 体积中所有分子进行的。
a) 极化电荷体密度与极化强度的关系
由于极化，正负电荷间发生了相对位移，每处的
ImLin adlMdl
L
以 jm 表示磁化电流密度，有
jm dS M dl
S
L
(M) ds
介质的电磁性S质
所以
(jmM )dS0
S
故得
jmM
对 j两m 边取散度，得
jm0
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) 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M 一常矢量。
荷在。介在质均1和匀介介质质2中分，界极面化上电取荷一只个出面现元在为介，质在界ds分面界上面。 两侧取一定厚度的薄层，使分界面包围在薄层内。
介质2 介质1
ds
nˆ P2
h
P介质1 的电磁性质
通过薄层进入介质2的正电荷为 过薄层下侧面进入薄层的正电荷为
PP21因，dd此由ss 薄介层质出1通现
的净余电荷为
当电场随时间改变时，极化过程中正负电荷的相
对位移也将随时间改变，由此产生的电流称为极化
电流。极化电流和极化电荷也满足连续性方程：
jp tp t P P t
介质的电磁性质
所以
jp
P
t
称为极化电流密
c) 极化电荷面密度与极化强度的关系
因为在非均匀介质内部，极化后一般出现极化电
§1.5 介质的电磁性质
Electromagnetic Property in Medium
介质的电磁性质
对于介质，从微观上看都是由带正电或负电的粒 子组成的集合.介质的存在相当于真空中存在着大量 的带电粒子，因此从这个角度讲介质的存在本质上 没有什么特殊的地方。宏观电动力学(经典电动力学) 不是考察个别粒子产生的微观电磁场，而是考察它 们的宏观平均值。由于介质在宏观电磁场的作用下， 将被极化和磁化，即出现宏观的附加电荷和电流， 这些附加的电荷和电流也要激发电磁场，使原来的 宏观电磁场有所改变。所以在介质的极化和磁
m iiiai, ai
介质的电磁性质
为第i个分子环流的面积，求和是对 中所有环流进 行。
a) 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 8
面，其边界线为L，环形电流 7 通过S面有两种情况:
介质的电磁性质
化过程中，电荷和电场、电流和磁场是互相制约的， 介质的内部宏观电磁现象就是这些电荷、电流分布 和电磁场之间相互作用的结果。
本节将要研究的是介质在外场作用下可能出现哪 些附加电荷和电流。
1、介质的极化（polarization of dielectric)
介质的极化说明介质对电场的反映，在有电场 的情况下，介质中的正负电荷分别受到方向相反的 作用力，因此正负电荷间的距离拉开了。另外，那
介质的电磁性质
QPds
S
由于介质是电中性的，
P
ds
也等于V内净余的负
电荷，即
S
Q pQP ds
S
因为
Qp Vpd
式中V是S所包围的体积，所以
V p d P d s V P d
介S 质的电磁性质
即
p P
由此可见，负电荷为极化源头，正电荷为极化尾闾。
b) 极化电流密度与极化强度的关系
L6 1
4
S3
2
5
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
介质的电磁性质
面中间通过一次的环流，如4、5、7，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 然，在S面外的电流环8，对总电流同样无贡献。
每一个环形电流贡献为i 或-i，在S面上一共有多
少这种电流呢？
在边界线L上取一线元dl，设环 形电流圈 的面积为 a，则
a
由图可见，若分子中心位于体
dl
积元 adl的柱体内，则该环形电流
就被 dl 所穿过。因此，若单位体积
介质的电磁性质
内分子数为n，则被边界线L穿过的环形电流数目为
Lnadl
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：
可见
jm ， 即M 介质 介内0 质的部电磁性质 。但 jm0
表面上却有电流分布。
M常矢
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。
正负电荷可能不完全抵消，这样就呈现宏观电荷， 介质的电磁性质
，称之为极化电荷。
度为若n极，化则时通正过负电面ds荷跑拉出开去的的位正移电为荷，数l设目介为质分n子ds密l
ds
+q
l
+q -q
+q
-q
-q
从ds面跑出去的电荷 d Q q l d n s , 于 是p 通d s 过任一封闭 曲面跑出去的总电荷为
介质的电磁性质
nˆ
m
nˆ
NˆmmNˆ
l
tˆ
l
M2
tˆ
M1
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
LMdlIm
LM dl(M 2M 1) lt ˆ
介质的电磁性质
Im m lN ˆ m l(n ˆt ˆ)
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
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
效应，这就是磁化现象。 在电磁学中，引入了磁化强度矢量 ，M 其定义为单
位体积内的磁偶极子数，即
mi
M i
其中m是i 第i 个环形电流的磁偶极子，即
dpQ (P 2 P 1 )d s
以 p为极化电荷p 面d 密 度( s P ， 2 则P 1 有) d s ( P 2 P 1 ) n ˆ ds
得到
p n ˆ(P 2P 1)
2、介质的磁化（magnetization of dielectric)
介质的磁化说明介质介质对的电磁磁性场质 的反映,介质内部分