第3章媒质的电磁性质和边界条件ppt课件.ppt

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1、第3章媒质的电磁性质和边界条件一、导体二、电介质三、磁介质四、媒质中的麦克斯韦方程组五、电磁场的边界条件☺导体的传导现象：在外电场的作用下，物质中的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。☺电介质的极化现象：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。☺磁介质的磁化现象：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。媒质的微观电磁系统：媒质在电磁场作用下可发生的现象：+-§3.1导体1.导体的定义：含有大量可以自

2、由移动的带电粒子的物质。导体分类金属导体：电解质导体：由自由电子导电由带电离子导电2.静电场中的导体静电平衡状态的特点：（1）导体内部电场为零（2）导体为等位体，表面为等位面（3）导体表面的电场处处与导体表面垂直，切向电场为零（4）导体内部电荷密度处处为零（5）感应电荷只分布在导体表面上，只存在面电荷分布++++++------+++++++静电平衡的应用：静电屏蔽：++++++++高压带电作业人员穿的导电纤维编织的工作服导体壳内部电场不受壳外电荷的影响，接地导体使得外部电场不受壳内电荷的影响。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

3、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。设自由电子密度为单位时间内通过的电量为：故电流密度为：可得：设：则：——导电材料物态方程——微分形式欧姆定律——导体的电导率4.导电材料的物态方程描述导电材料中任一点处电场强度与电流密度之间的关系恒定电场与静电场中导体的区别：导体内部电场不为0导体不是等位体，表面不是等位面理想导体内部电场为0线性、均匀、各向同性σ为常数σ与空间变量无关σ与电场强度矢量无关5.导体的电导率电导率是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。(1)导体材料：随着温度的升高

4、，金属电导率变小。有些导体在低温条件下电导率非常大,使电阻率趋向于零，变成超导体。如铝在时，就呈现超导状态。不同材料的电导率数据见教材上表3-1。(2)半导体材料：随着温度的升高，电导率明显增大。+++++++-------§3.2电介质电介质是一种绝缘材料，内部没有自由电荷，电子受原子核束缚很强，在外电场作用下不能发生传导现象，只能做微观位移。1.电介质的特性+++++++-------电介质会与电场发生作用无极分子：有极分子：分子的正负电荷的重心重合等效为一电偶极子-++OH+H++H2OH+++-+H+H+NNH3（氨）+-+---+HeH+++-++H+H+H+CH4（甲烷）

5、C正负电荷重心不重合电介质的分类2、电介质的极化介质极化定义：在外电场作用下，电介质中出现有序排列的电偶极子，表面出现束缚电荷的现象，称为电介质的极化。(1)无极分子的位移极化：(2)有极分子的转向极化：在外电场作用下，由无极分子组成的电介质中，分子的正负电荷重心将发生相对位移，形成等效电偶极子。在外电场作用下，由有极分子组成的电介质，各分子的电偶极矩转向电场的方向。+++++++极化电荷束缚电荷极化电荷食物被电磁场加热的原因：因为食物中含有水分子，而水分子具有一定的电偶极矩，在高频电磁场作用下，正负电荷将受到电场力的作用，电偶极矩发生迅速变化和旋转，使得水分子运动加剧，温度上升。微

6、波炉的工作原理微波炉是利用电磁波的能量来加热食物的。微波炉由一个磁控管将电能转化为电磁波，然后照射到食物上。3.极化强度极化强度：描述电介质极化程度的物理量。定义为单位体积中电偶极矩的矢量和。单位：实验证实，介质中任一点极化强度与该点的电场强度成正比，即电极化系数介质中的场极化电荷的场自由电荷的场可以证明，极化后的电介质中的束缚电荷密度为：4.束缚电荷介质极化后的效果可以用处于真空中的束缚电荷来代替现在用下式求电场方便吗？电介质物态方程——自由电荷和束缚电荷都是电场的源，根据真空中的电高斯定律：5.电介质的物态方程及介质中的高斯定律介电常数相对介电常数电介质中的高斯定律：通过任意闭合

7、曲面的电位移通量等于闭合面内自由电荷的代数和，而与介质及极化电荷无关。线线电力线与电位移线区别：电场矢量的源包括自由电荷和极化电荷，而电位移矢量的源仅为自由电荷电力线在介质中不连续，被极化电荷所中断，而电位移线在任何地方都连续☆利用电介质中的高斯定理可以求介质中的场强，其步骤与应用真空中的高斯定理求真空中的场强类似。1）分析场源的对称性（球对称、轴对称、面对称性）2）选取合适的高斯面3）由介质中的高斯定理求电位移矢量，再根据物态方程求电场解：球对称场，选球