电磁场与电磁波第三章媒质的电磁性质和边界条

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1、媒质的电磁性质和边界条件导体电介质磁介质媒质中的麦克斯韦方程组电磁场的边界条件引言在外电场的作用下，这些带电粒子将发生定向运动，形成电流。这种现象称为传导。能发生传导现象的材料称为导体。媒质在电磁场作用下可发生现象：引言☺导体的传导现象：☺电介质的极化现象：这种在外加电场作用下，分子的电偶极矩将增大或发生转向的现象称为电介质的极化现象。还有一些材料对磁场较敏感，例如螺丝刀在磁铁上放一会儿，螺丝刀就具有一定的磁性，能吸起小螺钉。这种现象称为磁化现象。能产生磁化现象的材料称为磁介质。☺磁介质的磁化现象：导体的定义

2、：含有大量可以自由移动的带电粒子的物质。导体分为两种金属导体：电解质导体：由自由电子导电由带电离子导电2.静电场中的导体一、导体在自然状态下，导体中自由电子所带负电荷和原子核所带正电荷处处等量分布，相互抵消，因此导体呈电中性状态。在外加静电场的作用下，导体中自由电子做宏观定向运动，使电荷重新分布，称之为静电感应现象。（3）导体表面的电场处处与导体表面垂直，切向电场为零；（4）感应电荷只分布在导体表面上，导体内部感应电荷为零。由于导体内部感应电荷产生的内电场的方向与外电场的方向相反，且逐渐增强。所以当两者相等时

3、，导体内部总电场为零，电荷定向运动终止，电荷分布不随时间改变，达到静电平衡状态。达到静电平衡状态的导体具有以下状态。（1）导体为等位体；（2）导体内部电场为零；3.恒定电场中的导体将一段导体与直流电源连接，则导体内部会存在恒定电场。导体中的自由电子受到电场力的作用，逆电场方向运动。其平均电子速度称为漂移速度：式中：称为电子的迁移率，其单位为。如图，单位时间内通过的电量为：式中：为自由电子密度。故电流密度为：可得：导体材料的物态方程若设：则：描述导电材料的电磁特性的物态方程。导体的电导率4.导体的电导率电导率是

4、表征材料导电特性的一个物理量。电导率除了与材料性质（如，）有关外，还与环境温度有关。随着温度的升高，金属电导率变小。不同材料的电导率数据见教材上表3-1。(2)半导体材料：(1)导体材料：随着温度的升高，电导率明显增大。二、电介质1.电介质的极化(1)定义这种在外电场作用下，电介质中出现有序排列的电偶极子，表面上出现束缚电荷的现象，称为电介质的极化(Polarized)。(2)分类非极性分子极性分子位移极化取向极化(3)极化的结果极化的结果是在电介质的内部和表面形成极化电荷，这些极化电荷在介质内激发出与外电场

5、方向相反的电场,从而使介质中的电场不同于介质外的电场。2.极化强度为了描述介质极化的状态，引入极化强度矢量.定义单位体积内的电偶极矩为极化强度矢量(PolarizationIntensityVector),即式中为体积元内电偶极矩的矢量和，的方向从负极化电荷指向正极化电荷。由于电场作用产生极化,从而使介质内部出现极化体电荷,介质表面出现极化面电荷.我们定义:极化体电荷密度极化面电荷密度若电介质中还存在自由电荷分布时，电介质中一点总的电位为：3.极化电荷（束缚电荷）4.电介质中的高斯定理介质中的高斯定理从形式上

6、看，真空中和介质中的高斯定理完全一样，但事实上，计划电荷的影响已经包含在可中。穿过任意封闭曲面的电通量，只与曲面中包围的自由电荷有关，而与介质的极化状况无关。5.电介质的物态方程其中：称为相对介电常数。已知：令：材料的介电常数表示为：电介质的物态方程均匀：媒质参数不随空间坐标（x,y,z）而变化。各向同性：媒质的特性不随电场的方向而改变,反之称为各向异性；线性：媒质的参数不随电场的值而变化；介质的击穿：当电介质上的外加电场足够大时，束缚电荷有可能克服原子结构的吸引力，成为自由电荷。此时，介质呈现导体特性

7、。6.介质的击穿击穿场强：介质所能承受的最大电场强度。它在高压技术中是一个表征材料性能的重要参数。三、磁介质1.磁介质的磁化磁偶极矩磁偶极子—分子电流Am2原子磁矩电子轨道磁矩电子自旋磁矩原子核自旋磁矩主要考虑在没有外磁场作用时磁偶极子受磁场力而转动在外磁场的作用下，发生磁化现象。在外磁场作用下，物质中的原子磁矩都将受到一个扭矩作用，所有原子磁矩都趋于和外磁场方向一致排列，结果对外产生磁效应，这种现象称为物质的磁化。磁化强度的定义：单位体积内，所有磁矩的矢量和。2.磁化强度如果，说明该物质已经被磁化。为媒质表

8、面外法线方向3.束缚电流（磁化电流）介质磁化后束缚电流在空间产生的矢量磁位：4.磁介质中的安培环路定理设介质中安培环路定理其中称为相对磁导率。材料的磁导率表示为：磁介质的物态方程常用材料的磁化率见教材上表3-3。5.磁介质的物态方程令：6.磁介质的分类抗磁质如金、银和铜等属于抗磁质。顺磁质如镁、锂和钨等属于顺磁质。且且注意：抗磁质和顺磁质材料磁化率都较小，所以工程计算时把其看作非磁性材料铁磁质如铁、