有关电场和磁场中的介质问题

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有关电场和磁场中的介质问题

本文摘要：本文以教学课本为题材，分开阐述电场中的电介质和磁场中的磁介质的问题，以及相应有关式子的推导。对于电介质问题，从例题着手，从而更加深入的了解电介质的本质。对于磁介质的问题，则以不同的观点来分析，并作出比较，得出结论。

关 键 词：静电场、磁场、电介质、磁介质、磁荷观点、分子电荷观点

谈到有关介质的问题，自然就会想到介质到底是什么。其实从本质上来说，介质就是一种物质。在电场中的介质叫做电介质，电介质一般来说电阻率很高，导电能力极差，又名绝缘体，如空气、氢气、等气态电介质；纯水、油漆等液态电介质；塑料、玻璃、云母、橡胶、陶瓷等固态电介质。在磁场中的介质就叫做磁介质，一切在磁场中能够被磁化的介质，统称为磁介质，例如铁块等。电场中存在电介质与磁场中存在磁介质对于电场和磁场来说，都是有比较大的影响的。本文将就此类问题来做出探讨：

（一） 静电场中的电介质

通过大学物理的学习，我们了解了电介质的一些性质，电介质不如导体，从其结构上分析，不存在自由电子，分子中的电子被原子核紧紧束缚，即使在外电场的作用下，电子一般也只能相对于原子核有一微观的位移，因而很难像导体那样表面产生感应电荷。但实验证明，外在的电场还是会引起电介质表面产生感应电荷。这就得的极化原理说起，我们知道电介质分子中存在正负电荷，这些正负电荷中因为外

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加电场作用而必须发生漂移。对于不同的电介质，由于分子结构的不同，极化方式也不同，有位移极化和取向极化，当然同种介质在不同强度的电场中极化程度也不一样。为了表示极化程度，物理学中引入了极化强度P= V。对于各向同性的电介质，P= e 0E（ e为介质的电极化率）。 p

由高斯定理知， d s1 0( q0 q')（1）.

'qq(1)式中的∑0和∑分别表示自由电荷和极化电荷的代数和。

又因为：

'P dS q S （2） 可得到S

位移矢量 (E P 0) dS q0 0，引入辅助型变量D，定义为电D 0E P (1 e) 0E 0E（ 为电介质的介电常量），从而得到电介质中的高斯定理：

D dS

S q0（3）

为了更清楚的了解电介质中的高斯定理，下面我们不如引入一道简单的例题：

在平行板电容器充满了极化率为e的均匀电介质，原电场的电场

强度为E0,求充入电介质之后电场E的大小。

对于这类问题一般直接用高斯定理解决就可轻松解决，适当位置取一高斯面S，由高斯定律知，设充电后金属极板上的自由电荷面密度

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为 e0，由：

S

得到： D dS D S

D2 e0 S1，

D e0 0E0，E 0 E0 E01 e，问题得到解决。

其实这题还可以从电介质极化的本质出发来解决这类问题，我

Pe0们知道极化电荷的面密度为 ，极化电荷产生的电场

e0P e 0EE eE 0 0 0，这里需要强调的是E是总电场，而且'极化电荷产生的电场与原来电场的电场强度0的方向正好相反，故总

1E E0'E E E E E1 e00e，场从而知,这类问题同样得

到了解决.

由以上两种方法可知，在有一定对称性的情况下，采用第一种解法比较简单。但是对一些高斯面比较难取的情况时，采用第二种解法就更加合适了，第二种解法从电介质极化的本质出发，由极化电荷的面密度得到极化电荷产生的场强，从而得到总场强。总之，两种方法各有各的优处，在实际问题中我们需要灵活运用。

（二）磁场中的磁介质问题

电场存在电介质，无独有偶，我们知道磁场中也存在磁介质。有关磁场中的磁介质的理论在物理电磁学发展的历史，有两大理论：分子电荷理论和磁荷观点。这两种观点的微观模型不同，从而赋予磁感E

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应强度B和磁场强度H不同的物理意义，但是最后得到的宏观规律的表达式却完全相同，在这种意义下来说，这两种观点实质上是等效的。

(a)磁荷观点

从电磁学发展历史来看，磁的理论是建立在磁的库仑定律的基础上的，磁介质的最小单元是磁偶极子，可以把磁偶极子看成小磁针， 如右图所示，在无外磁场时，各个磁偶极分子的 取向是杂乱无章的，所以总的来看介质不显示磁性，当加上一个磁场强度为H0，使每个磁偶极分子的磁偶极矩Pm分子转向磁场的方向，从图中可以看到磁偶极子沿着磁场的方向整齐排列

的

，由于在介质的内部N、S首尾相互抵消，导致在整个

棒中的两个端面上有“+，-”磁荷，磁荷可类比于电荷，那么磁介质问题就与电介质问题相通了，同样引入磁极化强度J，且

P J

以得到 m分子 V，J与外加磁场的磁场强度H0方向相同，同理也可

JS dS qmS内 （4） m J n Jn Jcos （5）

m是磁介质的表面上磁荷的面密度，Jn 是J在表面外法向方向的

'H投影，同样磁荷也会产生附加电场,总磁场强度H'H即为和H0

的矢量和，H和H0的方向相反。< …… 此处隐藏：656字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……