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（下）(共16张PPT)

电磁场理论 Electromagnetic Theory 2020高中物理竞赛 （电磁学篇） 3 电位移矢量、介质中的Gauss定律 无论是自由电荷，还是极化电荷，它们都激发电 场，服从同样的Coulomb定律和Gauss定律。介质 的极化过程包括两个方面：一方面外加电场的作 用使介质极化，产生极化电荷；另一方面，极化 电荷反过来激发电场，两者相互制约，并达到平 衡状态。因此介质中的电场应该是外加电场和极 化电荷产生的电场的叠加。应用Gauss定理得到： 自由电荷和极化电荷共同激发的结果 由于束缚电荷密度是很难通过直接测量获得， 将束缚电荷体密度表达式代入上式，引入辅助 的电位移矢量 电场的Gauss定律变为： 它表示任意闭合曲面电位移矢量 D 的 通量等于该曲面包含自由电荷的代数和 介质中的电场的最终求解必须知道电场E和电 位移矢量D之间的关系（物质的本构关系）。 这种关系有两种途径可以获得： 1)直接测量出P 和 E之间的关系 2)用理论方法计算P 和E之间的关系 对于线性均匀各向同性介质，极化强度P 和 电场强度E 有简单的线性关系 介质有多种不同的分类方法，如： 均匀和非均匀介质 各向同性和各向异性介质 时变和时不变介质 线性和非线性介质 确定性和随机介质 最简单的线性均匀各向同性介质，分二种情况： 线性均匀各向同性时不变介质； 线性均匀各向同性时变介质（色散介质） 为了描述介质在外 加磁场作用下磁化 程度，引入磁化强 度M，定义为单位 体积中的磁偶极矩 的矢量和： 5. 磁化强度与磁化电流密度 mi=m M=n m 磁化的宏观效应，在与外加 磁感应强度矢量B 垂直的横 截面上，存在数量巨大的分 子电流环。如果这些分子电 流大小相等，在相邻电流环 的交界线上因电流的方向相 反，大小相等，不出现剩余 的电流。如果这些分子电流 大小不同，在相邻环的交界 线上尽管电流的方向相反， 但大小不等，将出现剩余的 电流，这种因磁化在介质空 间出现的电流为磁化电流。 在选取横截面的边界线上， 总存在磁化电流。 IM 其中n为单位体积中分子电流的数量 12.bin 在介质交界面上的一个薄的层内，存在面