介质的电磁性质
介质的极化和介电常数
介质的极化和介电常数介质是指具有一定的电导率、介电常数、介磁常数和磁导率的物质，因此，在电磁学中，介质起着非常重要的作用。
介质的极化和介电常数是介质的两个重要性质，对于了解介质的性质和在电磁学应用中起着非常重要的作用。
一、介质的极化介质的极化是指当电场作用于介质时，介质中的分子或离子会发生定向排列，使得介质不再是电中性的状态。
介质中正负电荷的分离称为极化。
1.取向极化介质中的分子或离子具有磁矩或偶极矩，当外加电场作用时，它们会在外力的作用下发生旋转，并与电场方向调整一致而产生极化。
这种极化称为取向极化，它是介电常数与频率有关的一个主要因素。
2.电子云极化电子具有电荷，它在外电场作用下会产生势能，电子云会向外扩散，然后与电场相反的方向移动，形成极化电荷。
因为电子云的大小不一，电子云极化是介电常数与频率有关的另一个重要影响。
3.离子极化在某些情况下，例如在液态和熔融状态下，介质分子可以发生电离或掉电子，从而产生离子极化。
离子极化主要与介质的物理状态、化学结构和温度有关。
二、介电常数介电常数是介质在外电场作用下对电荷的电场力的响应能力的一种量度。
它反映了介质的电介质性质，是比电常数的函数。
介电常数在多种电磁学应用中都有它的功能，例如极板电容器、电场探测器、能量储存设备等。
它的理论计算通过一些基本理论可以求解，例如连续性方程、功率定理、闭合波导等。
综上所述，介质的极化和介电常数是介质电磁性质中的两个基本分支。
极化是介质对电场响应的一种体现，介电常数则对介质电场作用的响应能力进行定量描述，两种性质在相互联系、相互作用的基础上，共同组成了介质电介质学这个广泛应用的分支。
电介质分类
电介质分类
电介质是指电子元件中用来传导电流的物质，它可以是固体、液体或气体。
电介质的分类可以根据其物理性质和电学性质来划分。
一、根据物理性质分类
1、固体介质：固体介质是指以固体形式存在的电介质，它们的电阻率比液体和气体要高，常见的固体介质有金属、石英、玻璃、石墨等。
2、液体介质：液体介质是指以液体形式存在的电介质，它们的电阻率比固体要低，常见的液体介质有水、油、醇类等。
3、气体介质：气体介质是指以气体形式存在的电介质，它们的电阻率比液体和固体要低，常见的气体介质有氧气、氢气、氩气等。
二、根据电学性质分类
1、导体：导体是指具有良好的电导性的电介质，它们的电阻率比绝缘体要低，常见的导体有金属、水、油等。
2、绝缘体：绝缘体是指具有良好的绝缘性的电介质，它们的电阻率比导体要高，常见的绝缘体有石英、玻璃、石墨等。
三、根据电介质的用途分类
1、电气介质：电气介质是指用于传导电流的电介质，它们的电阻率比绝缘体要低，常见的电气介质有金属、水、油等。
2、电磁介质：电磁介质是指用于传导电磁波的电介质，它们的电阻率比电气介质要高，常见的电磁介质有空气、石英、玻璃等。
四、根据电介质的结构分类
1、单相介质：单相介质是指由一种电介质组成的电路，它们的电阻率比多相介质要低，常见的单相介质有金属、水、油等。
2、多相介质：多相介质是指由多种电介质组成的电路，它们的电阻率比单相介质要高，常见的多相介质有空气、石英、玻璃等。
电介质是电子元件中不可缺少的重要组成部分，它们的特性决定了电子元件的性能。
根据电介质的物理性质、电学性质、用途和结构，可以将电介质分为固体介质、液体介质、气体介质、导体、绝。
电磁学中的介质的电磁性质研究
电磁学中的介质的电磁性质研究电磁学是研究电场和磁场相互作用的学科，而介质是电磁场的重要组成部分。
介质是指在电磁场中具有电磁性质的物质，包括固体、液体和气体。
在电磁学中，研究介质的电磁性质对于理解电磁场的传播和相互作用机制至关重要。
介质的电磁性质主要包括电介质和磁介质两个方面。
电介质是指能够在电场中产生极化现象的物质，而磁介质则是能够在磁场中产生磁化现象的物质。
介质的电磁性质研究涉及到介质的极化和磁化过程，以及介质对电磁场的响应和传播特性。
在电磁学中，介质的极化是一种重要的现象。
当介质处于外加电场中时，介质中的正负电荷会发生分离，形成电偶极矩，从而导致介质的极化。
介质的极化可以分为电子极化、离子极化和定向极化等不同形式。
电子极化是指介质中的电子在外加电场作用下发生位移，从而形成电偶极矩；离子极化是指介质中的离子在外加电场作用下发生位移，形成电偶极矩；定向极化是指介质中的分子或原子在外加电场作用下发生取向变化，形成电偶极矩。
介质的极化现象不仅与介质的物理性质有关，还与外加电场的强度和频率等因素密切相关。
介质的极化现象对于电磁场的传播和相互作用具有重要影响。
在电磁波传播过程中，电磁波与介质相互作用，会引起介质中的电子、离子或分子发生极化现象，从而改变电磁波的传播速度和传播方向。
这种现象被称为介质对电磁波的吸收和散射。
介质对电磁波的吸收是指介质吸收电磁波的能量，而散射是指介质将电磁波的能量以不同的方向重新分布。
介质的吸收和散射对于电磁波的传播和应用有着重要的影响，例如在无线通信和雷达系统中，介质的吸收和散射会导致信号的衰减和传播路径的变化。
除了电介质，磁介质也是电磁学中的重要研究对象。
磁介质是指能够在磁场中发生磁化现象的物质。
当磁介质处于外加磁场中时，磁介质中的磁性微观磁偶极子会发生取向变化，形成磁化强度。
磁介质的磁化现象与电介质的极化现象类似，都是介质对外加场的响应。
磁介质的磁化现象对磁场的传播和相互作用具有重要影响，例如在电感器和变压器等电磁器件中，磁介质的磁化会导致磁场的集中和传输。
介质和电介质的特性和应用有哪些
介质和电介质的特性和应用有哪些一、介质的概念介质，又称传播介质，是指电磁波传播的媒介。
介质可以是固体、液体、气体，甚至是真空。
不同的介质对电磁波的传播有不同的影响。
介质中电磁波的传播速度与介质的性质有关，如介质的折射率、介电常数等。
二、电介质的特性电介质是指在电场作用下，其内部会产生极化现象，从而影响电场分布的物质。
电介质的主要特性有：1.极化：电介质在外加电场的作用下，内部会产生极化现象，即正负电荷分别向电场方向和相反方向移动，形成局部电荷分布。
2.介电常数：电介质的介电常数（ε）是描述电介质极化程度的物理量，反映了电介质对电场的响应能力。
介电常数越大，电介质的极化程度越高。
3.绝缘性：电介质具有良好的绝缘性能，可以阻止电流的流动。
绝缘材料广泛应用于电力系统和电子设备中，以防止漏电和短路。
4.存储电荷：电介质在去除电场后，仍能保留一定量的电荷，称为电容。
电容是电介质储存电能的能力，广泛应用于电容器中。
三、电介质的应用1.电容器：电容器是利用电介质的储存电荷能力，实现电能存储和释放的元件。
电容器广泛应用于电子设备、电力系统、通讯等领域。
2.绝缘材料：电介质具有良好的绝缘性能，可以阻止电流的流动。
绝缘材料广泛应用于电力系统和电子设备中，以防止漏电和短路。
3.屏蔽材料：电介质可以用于屏蔽电磁干扰，保护电子设备免受外部干扰。
4.介质波导：电介质波导是一种用于传输电磁波的介质管道，广泛应用于光纤通信、微波传输等领域。
四、介质的分类及应用1.固体介质：如陶瓷、玻璃、塑料等。
固体介质在电子元件和微波器件中有广泛应用，如微波谐振器、滤波器等。
2.液体介质：如水、油、酸碱盐溶液等。
液体介质在电力系统中作为绝缘材料和冷却剂，以及化学实验室中的试剂。
3.气体介质：如空气、氮气、氧气等。
气体介质在电力系统中作为绝缘气体，以及灯泡中的填充气体。
4.真空介质：真空是一种特殊的介质，具有极低的介电常数。
在某些高频电路和微波器件中，真空介质可以作为优良的传播介质。
磁化电流密度ppt课件
则得到
tˆ
(m
nˆ )
(M 2
M1
)
tˆ
即
m
nˆ
(M 2
M1)
又因为 故得到
nˆ
的总磁化电流：
Im
ina dl
L
M dl
以
jm
表示磁化电流密度，有
L
jm dS M dl
S
L
(
M
)
ds
S
13
所以
( jm M ) dS 0
S
故得
jm M
对 j两m 边取散度，得
jm 0
这就说明磁化电流不引起电荷的积累，不存在磁化
电流的源头。
电流。极化电流和极化电荷也满足连续性方程：
jp
p
t
0
即
jp
p
t
t
P
P
t
7
所以
jp
P t
称为极化电流密度
c) 极化电荷面密度与极化强度的关系
因为在非均匀介质内部，极化后一般出现极化电
荷。在均匀介质中，极化电荷只出现在介质界面上。
在介质1和介质2分界面上取一个面元为 ，在ds分界面
3
些有极分子在电场作用下按一定方向有序排列，从
宏观上来看这两种行为都相当于产生了一个电偶极
矩。在电磁学中，曾引进了极化强度矢量：
pi
P i
其中
pi
是第
i
个分子的电偶极矩，即
pi
qili ,
求和
是对 体积中所有分子进行的。
a) 极化电荷体密度与极化强度的关系
由于极化，正负电荷间发生了相对位移，每处的
15
介质的电磁性质
即使在电磁场较弱的情况 ， 表现为频率的函数。
3、导体中的欧姆定律
6、关于磁场的散度、旋度方程
B 0
H
Jf
D t
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四、介质中的麦克斯韦方程
JtDt
D
0
E dl
B
dS
L
S t d
H dl I D dS
L
dt D dS Q
S B dS 0
S
D
0
E
P
B 0(H M )
（3）在两种不同均匀介质交界
面上的一个很薄的层内，由于两
种物质的极化强度不同，存在极
化面电荷分布。
n
P
n
(P2
P1)
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3、电位移矢量的引入
P P
E
f
P
0
(0E P) f
D 0E P
存在束缚电荷的情况下，总电 场包含了束缚电荷产生的场，一 般情况自由电荷密度可知，但束 缚电荷难以得到(即使实验得到极 化强度,他的散度也不易求得)为 计算方便，要想办法在场方程中 消掉束缚电荷密度分布。
介质中的磁场由 J f JP JM JD 共同决定
机动 目录 上页 下页 返回 结束
0 J f JP JM JD
B
0J f
0
P t
0 M
00
E t
1
0
BM
Jf
0
E t
P t
P
JP
t
JM JD
0
M
E t
B
0
M
Jf
D t
磁场强度
H
介质的电磁性质
介质表面均匀分布着等量异号的极化电荷.
板外：E外 E0
板内：E1 E0 E仍为均匀电场。 A
E1 E1t E1n
利用边值关系 E1t E2t E sin
D1n
D2n
E
cos
E1n
E
cos
E1
E1t2 E2t2
sin2 ( cos )2 E
E1,n的夹角
tg
E1t E1n
些有极分子在电场作用下按一定方向有序排列，从 宏观上来看这两种行为都相当于产生了一个电偶极 矩。在电磁学中，曾引进了极化强度矢量：
pi
P i V
其中 pi是第 i 个分子的电偶极矩，即
求和是对 V体积中所有分子进行的。
pi qili
a) 极化电荷体密度与极化强度的关系
由于极化，正负电荷间发生了相对位移，每处的 正负电荷可能不完全抵消，这样就呈现宏观电荷，
负电荷，即
S
Qp Q P dS S
因为
Qp V pdV
式中V是S所包围的体积，所以
V pdV P dS V PdV S
即
p P
由此可见，负电荷为极化源头，正电荷为极化 尾闾。
b) 极化电流密度与极化强度的关系
当电场随时间改变时，极化过程中正负电荷 的相对位移也将随时间改变，由此产生的电流称
由n D2 D1 得：应用于上下极板界面
D1 f , D2 f .
E1
f 1
,
E2
f 2
,
由于 p n P2 P1 , 对两介质分界面：
p
P2 P1
e2 E2
e1
E1
2
1
f
0
左极板： p1 n
§1.4 介质的电磁性质
方程组各个式子都有各自的出处， B E 和原有物理含义及其演变； t 第一、二式反映了电磁场的基本 B 0 属性，适用于所有介质(因与介 D 质无关)； H J t 第三、四式引入的辅助量使理论 更简洁，也更容易操作。 D
介质由中性分子(带电粒子)组成。电动力学：各种 介质的电磁性质 → 电磁场与介质的相互作用。
2.电介质的分类与极化 无极分子：正负电中心重合/中性/无偶极矩。外电场 使正负电中心分离(位移极化)，宏观有极； 有极分子：正负电中心分离/非中性/有偶极矩。但分 子无规则运动抵消了电中性，使宏观平均电偶极矩为 零。外电场定向排列偶极矩(取向极化)，宏观有极。
电容率
r 1 e
极化率
相对电容率
3. 介质的磁化
安培：磁现象源于分子电流。
一个分子可等效为右图的电流 环，其分子磁矩(磁偶极矩)为： m ia 当施加外磁场时，这种 分子磁矩将定向排列，在 介质面上产生宏观面电流/ 磁矩 → 磁化。
磁化使介质表面形成宏 观面电流分布，即磁化面 电流(密度)，显磁性。
B 0 D H J t D
0
r0， r 1 M
介质均匀时， 算符不作用
例2 求线性均匀导体内自由电荷密度随时间变化规律。
解：
J E
D J 0 t
D E
显然 J M 0 对比 J 0
磁化电流不引起电 荷的累积，不存在 磁化电流的源头
§1.1介质的电磁性质
§1.1介质的电磁性质从电学的角度，宏观物质大体可分为导体、绝缘体、半导体。
其中，绝缘体一般又称为“电介质”。
半导体则介于导体与绝缘体之间，根据研究的需要，常常将它纳入导体或电介质模型，或者两种模型都套用。
磁学则认为，一切物质材料都是“磁介质”，依据磁导率的大小，磁介质仅仅有“铁磁质”和“非铁磁质”的区分。
铁磁质的相对导磁率，它相当于磁场的“导体”；而非铁磁质的相对导磁率，它部分地相当于磁场的“绝缘体”。
通过电磁学课程，已对介质的电磁特性作了详尽的研究和讨论，述及的概念和规律正是电动力学起步的基础，因此，我们在这里仅对介质的电磁特性做一个总结性的概述。
1.介质的分类从材料性质分：各向异性、各向同性介质；线性、非线性介质；均匀、非均匀介质；从电磁行为分：电介质、导电介质；铁磁质、顺磁质、抗磁质等。
从场的作用分：磁介质、电介质。
介质是一个带电粒子系统，内部存在规则而迅速变化的微观电磁场。
真空则被看作一种特殊的介质（），现代物理认为，真空是“量子场的基态”，它也具有物质性。
2.介质的极化和磁化规律在电磁场中，介质又可划分为两类情况，即电介质和磁介质。
它们在电场和磁场中分别发生极化和磁化。
下表虽然不能概括介质在场中行为的详尽情况，却反映了它们的主要特点与规律。
从表中罗列的内容我们还可以看出，介质的极化与介质的磁化有着高度的对称性。
不仅介质的极化与“分子电流模型描述的介质磁化”对称，而且介质极化也与“磁荷模型描述的磁极化”对称。
清楚这种对称对我们的学习记忆是在现代电磁理论中，实验和推理都赞成诠释磁场起源的“分子电流观点”，但这并不意味着古典的“磁荷观点”已经失效。
虽然迄今还没有在现实中找到“磁单极子”，或许它根本不存在，但是“磁偶极子”却是真实存在的。
因为一个微小的电流环既可以用“磁矩”表述，同时也可用“磁偶极矩”表述，这就是说，电流环可以等效于磁偶极子，即无论从“环流模型”还是从“磁偶极矩模型”计算研究磁场是等效的，殊途同归的。
介质的电磁性质
在介质中有vvຫໍສະໝຸດ P P0 E f P
v v
0E P f
引入辅助矢量电位移矢量 D 0E P
v
D f
➢
电场强度
v E
描述所有电荷分布激发的场，代表介质内的总宏
观电场，是电场的基本物理量，电位移矢量 Dv只是辅助物理
量，并不代表介质中的场强
12
➢ 实验指出，对于各向同性线性均匀介质，极化强度和电场强度
vv P2 P1
v dS
P
dS
P evn
vv P2 P1
束缚电荷面密度
面束缚电荷不是真正分布在一个几何面上的电荷，而是
在一个含有相当多分子层的薄层内的效应。
10
设介质2为真空，则
v P2
0，有
P
evn
v P
P evn
vv P2 P1
v
P P
4、极化电流
时间当改电变，场因随而时极间化变强化度时，Pv也极发化过生程变中化正，负由电此荷产的生相的对电位流移称也为随极 化电流
电荷可能不完全抵消，内部或表面有可能出现净余的电荷，
即出现宏观的电荷分布，由于这些电荷被束缚在分子内部而
不能在介质内自由运动，故称为束缚电荷
7
➢ 束缚电荷密度与极化强度的关系
若极化时正负电荷拉开的位移为lv， 则必有部分电偶
极子跨过面元dS，当电偶极子的负电荷处于体积
v l
v dS
内时，其对应的正电荷就穿过面元dS，则穿出去的电
6
3、极化强度
1) 极化强度：单位体积内分子电偶极矩的矢量和
v
P
i
pvi
N
pv npv
V V
n 为分子数密度，即单位体积内的分子数
介质知识点总结
介质知识点总结介质是指物质传导电磁波的物质，是用来传导电磁波的物质。
在电磁领域中，介质是一种媒质，可以传播电磁波。
介质广泛应用于通信、雷达、微波炉、医学成像等领域。
介质的性质和特性对于电磁波的传播具有重要的影响。
本文将对介质的相关知识点进行总结，包括介质的基本概念、介质的性质、介质的分类、介质的应用以及未来介质的发展趋势等方面。
一、介质的基本概念介质是一种物质，在电磁波传播中起着重要的作用。
它可以传导电磁波，并且能够将电磁场的能量进行传播和储存。
介质通常被用来在电磁场中传递电磁波，这些电磁波包括光、热、声、微波等。
具体来说，介质本质上是和电磁场耦合的物质，可以感受到外加电磁场的作用，并且能够产生响应。
介质对光的传播有不同的影响，具体取决于介质的折射率、吸收系数、散射系数等参数。
二、介质的性质介质的性质包括折射率、吸收系数、电磁波传播速度和色散等。
各种介质在电磁波传播过程中表现出不同的性质，这些性质对于电磁波传播具有重要的影响。
折射率是介质光密度的一个指标，它决定了光在介质中传播的速度和方向。
吸收系数决定了介质对电磁波的吸收程度，它是介质对电磁波的能量损耗的一种衡量。
电磁波传播速度是介质中电磁波传播速度的一种指标，它取决于介质的密度和电磁波的频率。
色散是介质对电磁波频率依赖的性质，不同频率的光在介质中具有不同的传播速度，导致不同频率的光被介质分散。
三、介质的分类按照传播电磁波的频率，介质可以分为导电体、绝缘体和半导体。
导电体是指在外加电场条件下，能够传导电流的材料，它伴随着电子的运动而形成电流，具有很好的导电性能。
绝缘体是指在外加电场条件下，几乎不产生电流的材料，它通常是电子运动非常困难的材料，具有很好的绝缘性。
半导体是介于导电体和绝缘体之间的材料，它在一定条件下可以表现出良好的导电性能，也可以表现出良好的绝缘性能。
另外，根据介质的物理性质，介质还可以分为线性介质和非线性介质。
线性介质指介质的电感率、磁感率和介电常数是常数，而非线性介质指这些物理参数是与电场或磁场强度成非线性关系的介质。
1-4 介质中的麦克斯韦方程分解
B E
0J
B
0 0
t
E
t
B 0
介质中的麦克斯韦方程
D f
H Jf
E
B
D t
t
B 0
E
f
P
0
B 0 J f JP JM
B
0 0
t
E
E
t
B 0
D f
H Jf
E
B
D t
t
B 0
D 0E P
H
B
M
0
从现在起，除特别说明，以后公式中的都是指自 由电荷和自由电流分布。
I、极化强度
定义：
P
i
pi
V
电偶极距:
求和为对 V 体积元中的所有分子求和。
II、简化模型：
pi
P i
V
N
ql nql
V
ql
E
III、极化电荷
E
dS
则因极化而通过 dS 面元跑出去的分子数为 n dS
从 dS 面元跑出去的电量为
nq dS P dS
通过一个封闭的曲面跑出去的总电量为
2）对各向异性的晶体材料 由于存在某些容易电极化的取向，使得电位移矢 量和电场强度一般不在同一方向。它们之间的一 般关系是张量关系：
Dx xxEx xyEy xzEz Dy yxEx yyEy yzEz Dz zx Ex zy Ey zz Ez
Dx
D
y
D ,
E
B
,
t
H
J
D
t
B 0
——（4.23）
4、介质的电磁性质关系
D 0E P
在作用电磁场不是很强，同时外场的变化不是很快 的条件下，介质对外场的响应是线性和同时的。
介质的电磁性质与介质常数的实验研究
介质的电磁性质与介质常数的实验研究引言在我们的日常生活中，介质（包括固体、液体和气体）起着至关重要的作用。
然而，我们对介质的电磁性质的了解可能并不深入。
本文将介绍一些实验研究，以帮助我们更好地了解介质的电磁性质以及介质常数。
介质的电磁性质介质的电磁性质指的是介质对电场和磁场的响应。
简单来说，它描述了介质中的电子如何受到电磁场的影响。
在实验中，我们通过测量介质的电磁感应和电导率来研究介质的电磁性质。
实验一：电磁感应在这个实验中，我们将探索介质在电磁感应过程中的行为。
首先，我们选择一个导体线圈作为发送器，并将其连接到一个变压器。
然后，将另一个导体线圈作为接收器，并将其连接到示波器。
接下来，我们把介质放置在发送器和接收器之间，并传输电流。
通过观察示波器上的信号变化，我们可以判断介质对电磁感应的响应。
利用这些数据，我们可以计算出介质的电磁感应常数。
实验二：电导率在这个实验中，我们将研究介质的电导率。
电导率是描述导电性能的指标，它越高表示介质越容易导电。
为了进行这个实验，我们需要一个电导率测量仪器。
首先，我们将待测介质放入测量仪器中，并设置电压和电流。
然后，我们测量介质中的电流和电压，并利用欧姆定律计算出电导率。
通过比较不同介质的电导率，我们可以了解不同介质的导电性能。
介质常数的实验研究介质常数是描述介质中电磁波传播速度的参数。
它是介质电磁性质的重要指标之一。
在实验室中，我们可以通过多种方法研究介质常数。
实验三：干涉法干涉法是研究介质常数的常用方法之一。
我们将利用一台干涉仪来观察光束在不同介质中的传播情况。
首先，我们将一个干涉仪放置在一个恒温环境中，以确保实验过程的稳定性。
然后，我们通过移动其中一个反射镜，观察干涉条纹的变化。
通过测量干涉条纹的位移，我们可以计算出介质的相对折射率和介质常数。
实验四：谐振腔法谐振腔法也是研究介质常数的一种常用方法。
我们利用一个谐振腔来观察电磁波在介质中的传播情况。
首先，我们选择一个合适的谐振腔，并调整其频率，使之与待测介质的共振频率相匹配。
媒质的电磁性质和边界条件
媒质的电磁性质和边界条件众所周知，物质是由原子核和电子组成的，原子核带正电，电子带负电。
就是说任何物质材料，不论是气体、液体还是固体都含有带电粒子，这些带电粒子的周围一定存在着电场；同时电子一方面绕原子核运动，另一方面也作自旋运动，电荷的运动形成电流，这些电流周围存在磁场。
从微观上看，材料中这些带电粒子是存在电磁效应的，但从宏观上看，由于相邻原子产生的场相互抵消，及大量带电粒子热运动的平均结果，使自然状态下的物质仍呈现电中性。
倘若存在外加电磁场，则由于带电粒子和外加电磁场的相互作用，介质的分子电矩和磁矩将部分或全部取向一致，引起宏观电或磁效应，相当于在材料内部存在附加的场源，这样就需要对真空中的电磁学定律作进一步推广。
在第二章中，我们研究了在真空（或近似真空的空气）中电磁场各场量，如H B D E和,,所遵循的普遍规律，并得到一组麦克斯韦方程组。
麦克斯韦方程组的积分形式描述大尺度（如一个线段、曲面或体积）上的电磁特性，而微分形式描写空间任意一点的电磁场，但归根结底两者描述的仍然是宏观电磁现象。
这一章我们要研究物质的微观模型和性质,把麦克斯韦方程组推广到一般电磁材料中去.本章先研究由材料中带电粒子和电磁场的相互作用而产生的三个基本现象：传导、极化和磁化。
每一种物质在电磁场中均有传导、极化和磁化三种现象，根据某种主要的现象，可将材料分为导体、半导体、电介质和磁介质等。
讨论材料的电磁性质之后，我们可获得三个物态方程和一般媒质中的麦克斯韦方程组。
最后我们研究在不均匀媒质中电磁场所遵循的规律——边界条件。
§3.1 电场中的导体导体是一种含有大量可以自由移动的带电粒子的物质。
导体可分为两种——金属导体和电解质导体。
金属导体的导电靠的是自由电子，由于自由电子的质量比原子核的质量小得多，所以导电过程中没有明显的质量迁移，也不伴随任何化学变化。
而碱、酸、和盐溶液等电解液则属于第二种导体，其导电靠的是带电离子，导电过程中伴随有质量迁移，也要发生化学变化。
电磁波在不同介质传播速度计算公式
电磁波在不同介质传播速度计算公式电磁波在不同介质中传播速度是一个重要的物理问题。
在空气中，电磁波的传播速度为光速，即299792458米/秒。
但是在其他介质中，电磁波的传播速度会发生变化。
本文将介绍电磁波在不同介质中传播速度的计算公式。
我们需要了解电磁波的基本性质。
电磁波是由电场和磁场交替变化而产生的一种波动现象。
电磁波的传播速度与介质的电磁性质有关。
在真空中，电磁波的传播速度为光速，这是因为真空中没有任何电磁性质的物质，电磁波可以自由传播。
当电磁波传播到介质中时，介质中的电磁性质会影响电磁波的传播速度。
介质中的电磁性质可以用介电常数和磁导率来描述。
介电常数是介质中电场强度与真空中电场强度之比，磁导率是介质中磁场强度与真空中磁场强度之比。
根据电磁波在介质中的传播速度公式，我们可以计算出电磁波在不同介质中的传播速度。
电磁波在介质中的传播速度公式为：v = c / n其中，v是电磁波在介质中的传播速度，c是真空中的光速，n是介质的折射率。
折射率是介质中光线传播速度与真空中光线传播速度之比。
在空气中，折射率约为1，因此电磁波在空气中的传播速度与真空中的光速相同。
但是在其他介质中，折射率不同，因此电磁波的传播速度也不同。
例如，在水中，折射率约为 1.33，因此电磁波在水中的传播速度约为光速的3/4。
除了折射率，介质的电磁性质还可以用介电常数和磁导率来描述。
在介质中，电磁波的传播速度公式可以写成：v = 1 / sqrt(με)其中，μ是介质的磁导率，ε是介质的介电常数。
这个公式表明，介质的电磁性质越大，电磁波的传播速度就越小。
电磁波在不同介质中的传播速度是由介质的电磁性质决定的。
我们可以用折射率、介电常数和磁导率等参数来计算电磁波在不同介质中的传播速度。
这些公式对于理解电磁波在介质中的传播规律非常重要，也为电磁波在通信、雷达等领域的应用提供了理论基础。
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些有极分子在电场作用下按一定方向有序排列，从
宏观上来看这两种行为都相当于产生了一个电偶极
矩。在电磁学中，曾引进了极化强度矢量：
pi
P i
其中
pi
是第
i
个分子的电偶极矩，即
pi qili , 求和
是对 体积中所有分子进行的。
a) 极化电荷体密度与极化强度的关系
由于极化，正负电荷间发生了相对位移，每处的
ImLin adlMdl
L
以 jm 表示磁化电流密度，有
jm dS M dl
S
L
(M) ds
介质的电磁性S质
所以
(jmM )dS0
S
故得
jmM
对 j两m 边取散度，得
jm0
这就说明磁化电流不引起电荷的积累，不存在磁化
电流的源头。
b) 磁化电流面密度与磁化强度的关系
对于均 匀介质， 磁化后介质内部的 为M 一常矢量。
荷在。介在质均1和匀介介质质2中分，界极面化上电取荷一只个出面现元在为介，质在界ds分面界上面。 两侧取一定厚度的薄层，使分界面包围在薄层内。
介质2 介质1
ds
nˆ P2
h
P介质1 的电磁性质
通过薄层进入介质2的正电荷为 过薄层下侧面进入薄层的正电荷为
PP21因，dd此由ss 薄介层质出1通现
的净余电荷为
当电场随时间改变时，极化过程中正负电荷的相
对位移也将随时间改变，由此产生的电流称为极化
电流。极化电流和极化电荷也满足连续性方程：
jp tp t P P t
介质的电磁性质
所以
jp
P
t
称为极化电流密
c) 极化电荷面密度与极化强度的关系
因为在非均匀介质内部，极化后一般出现极化电
§1.5 介质的电磁性质
Electromagnetic Property in Medium
介质的电磁性质
对于介质，从微观上看都是由带正电或负电的粒 子组成的集合.介质的存在相当于真空中存在着大量 的带电粒子，因此从这个角度讲介质的存在本质上 没有什么特殊的地方。宏观电动力学(经典电动力学) 不是考察个别粒子产生的微观电磁场，而是考察它 们的宏观平均值。由于介质在宏观电磁场的作用下， 将被极化和磁化，即出现宏观的附加电荷和电流， 这些附加的电荷和电流也要激发电磁场，使原来的 宏观电磁场有所改变。所以在介质的极化和磁
m iiiai, ai
介质的电磁性质
为第i个分子环流的面积，求和是对 中所有环流进 行。
a) 磁化电流密度与磁化强度的关系
由于磁化，引起介质内部环形电流有规则取向，
呈现宏观电流效应，这种由磁化引起的电流称为磁
化电流。 设S为介质内部的一个曲 8
面，其边界线为L，环形电流 7 通过S面有两种情况:
介质的电磁性质
化过程中，电荷和电场、电流和磁场是互相制约的， 介质的内部宏观电磁现象就是这些电荷、电流分布 和电磁场之间相互作用的结果。
本节将要研究的是介质在外场作用下可能出现哪 些附加电荷和电流。
1、介质的极化（polarization of dielectric)
介质的极化说明介质对电场的反映，在有电场 的情况下，介质中的正负电荷分别受到方向相反的 作用力，因此正负电荷间的距离拉开了。另外，那
介质的电磁性质
QPds
S
由于介质是电中性的，
P
ds
也等于V内净余的负
电荷，即
S
Q pQP ds
S
因为
Qp Vpd
式中V是S所包围的体积，所以
V p d P d s V P d
介S 质的电磁性质
即
p P
由此可见，负电荷为极化源头，正电荷为极化尾闾。
b) 极化电流密度与极化强度的关系
L6 1
4
S3
2
5
一种是在S面中间通过两次的环形电流，为1、2、 3，这种电流环对总电流没有贡献；而另一种是在S
介质的电磁性质
面中间通过一次的环流，如4、5、7，这种电流环对 总电流有贡献，但这种情形只能发生在边界上。当 然，在S面外的电流环8，对总电流同样无贡献。
每一个环形电流贡献为i 或-i，在S面上一共有多
少这种电流呢？
在边界线L上取一线元dl，设环 形电流圈 的面积为 a，则
a
由图可见，若分子中心位于体
dl
积元 adl的柱体内，则该环形电流
就被 dl 所穿过。因此，若单位体积
介质的电磁性质
内分子数为n，则被边界线L穿过的环形电流数目为
Lnadl
此数目乘上每个环形电流i ，即得从S背面流向前面
的总磁化电流：
可见
jm ， 即M 介质 介内0 质的部电磁性质 。但 jm0
表面上却有电流分布。
M常矢
为此，要引入面电流密度的概念。面电流实际上是 靠近表面的相当多分子层内的平均宏观效应，对于 宏观来说薄层的厚度趋于零，则通过电流的横截面 变为横截线。面电流密度（或叫线电流密度）的大 小定义为垂直通过单位横截面（现在为线）的电流, 它们方向即为该点电流的方向。
正负电荷可能不完全抵消，这样就呈现宏观电荷， 介质的电磁性质
，称之为极化电荷。
度为若n极，化则时通正过负电面ds荷跑拉出开去的的位正移电为荷，数l设目介为质分n子ds密l
ds
+q
l
+q -q
+q
-q
-q
从ds面跑出去的电荷 d Q q l d n s , 于 是p 通d s 过任一封闭 曲面跑出去的总电荷为
介质的电磁性质
nˆ
m
nˆ
NˆmmNˆ
l
tˆ
l
M2
tˆ
M1
现在来看两介质交界面上的磁化电流分布情况。如
图所示的回路中，有
LMdlIm
LM dl(M 2M 1) lt ˆ
介质的电磁性质
Im m lN ˆ m l(n ˆt ˆ)
的电子运动构成微观环形电流，这种环形电流相当
于一个磁偶极子。在没有外磁场时，这些磁矩取向
是无规则的，不呈现宏观电流效应，一旦在外磁场
作用下，环形电流出现有规则取向，形成宏观电流
效应，这就是磁化现象。 在电磁学中，引入了磁化强度矢量 ，M 其定义为单
位体积内的磁偶极子数，即
mi
M i
其中m是i 第i 个环形电流的磁偶极子，即
dpQ (P 2 P 1 )d s
以 p为极化电荷p 面d 密 度( s P ， 2 则P 1 有) d s ( P 2 P 1 ) n ˆ ds
得到
p n ˆ(P 2P 1)
2、介质的磁化（magnetization of dielectric)
介质的磁化说明介质介质对的电磁磁性场质 的反映,介质内部分