2020年高中物理竞赛-电磁学篇（电磁场理论）02宏观电磁场的基本规律：介质中的麦克斯韦方程（上）(共14张PPT)

电磁场理论 Electromagnetic Theory 2020高中物理竞赛 （电磁学篇） 1 介质的基本概念 介质是物质的一种统称，物质由原子或原子团、分 子或分子团组成，而原子或分子内部有带正电的原 子核电的原子核和带负电的电子。一方面，介质内 部大量带电粒子的不规则的运动，在微观尺度上产 生变化电磁场，这些随机的电磁场宏观上相互抵 消，介质呈中性。另一方面，当介质在外部宏观电 磁场作用之下，介质中带电粒子产生宏观的规则运 动或排列，形成宏观上的电荷堆集或定向运动，从 而产生宏观上附加的电磁场。 §2.5介质中的Maxwell方程 在外场中，介质中带电粒子产生位移或附加 的运动，宏观上主要表现出如下三种形态： ①介质的极化(Polarization) 介质中分子和原子的正负电荷在外加电场力 的作用下发生小的位移，形成定向排列的电 偶极矩；或原子、分子固有电偶极矩不规则 的分布，在外场作用下形成规则排列 §2.5介质中的Maxwell方程 ②介质的磁化(Magnetization) 介质中分子或原子内的电子运动形成分子电流，微 观上形成不规则分布的磁偶极矩。在外磁场力作用 下，磁偶极矩定向排列，形成宏观上的磁偶极矩 没有外加磁场 ③传导电流(Conduction current) 介质中可自由移动的带电粒子，在外场力作用下，导致带电粒子的定向运动，形成电流 §2.5介质中的Maxwell方程 2 极化强度概念 极化强度矢量P，定义 为单位体积中分子或原 子团的电偶极矩的叠加 §2.5介质中的Maxwell方程 pi = p P = n p 分子或者原子团的电偶极矩的大小和方向与 外加电场强度的大小和方向有关，所以极化 强度P是外加电场强度的函数，其关系一般 比较复杂。但对于线性均匀介质，P与外加 电场成正比。另一方面，空间不同点处分子 或者原子团构成不同，极化强度也不同，P 还可能是空间的函数。如果外加电磁场是时 变的，极化强度P还可能是时间的函数。 由于极化，分子或原子的正负电荷发生位移，体积元内一部分电荷因极化而迁移到的外部，同时外部也有电荷迁移到体积元内部。因此体积元内部有可能出现净余的电荷。 （2）不均匀介质或由多种不同结构