电介质和磁介质的比较

物本1102班201109110118 梁秀杰

一、电介质和磁介质的定义

电介质

定义：能够被电极化的介质。在特定的频带内，时变电场在其内给定方向产生的传导电流密度分矢量值远小于在此方向的位移电流密度的分矢量值。在正弦条件下，各向同性的电介质满足下列关系式：式中是电导率，是电常数，是角频率，是实相对电常数。各向异性介质可能仅在某些方向是介电的。

电介质包括气态、液态和固态等范围广泛的物质。固态电介质包括晶态电介质和非晶态电介质两大类，后者包括玻璃、树脂和高分子聚合物等，是良好的绝缘材料。凡在外电场作用下产生宏观上不等于零的电偶极矩，因而形成宏观束缚电荷的现象称为电极化，能产生电极化现象的物质统称为电介质。电介质的电阻率一般都很高，被称为绝缘体。有些电介质的电阻率并不很高，不能称为绝缘体，但由于能发生极化过程，也归入电介质。通常情形下电介质中的正、负电荷互相抵消，宏观上不表现出电性，但在外电场作用下可产生如下3种类型的变化：

①原子核外的电子云分布产生畸变，从而产生不等于零的电偶极矩，称为畸变极化；

②原来正、负电中心重合的分子，在外电场作用下正、负电中心彼此分离，称为位移

极化；

③具有固有电偶极矩的分子原来的取向是混乱的，宏观上电偶极矩总和等于零，在外电

场作用下，各个电偶极子趋向于一致的排列，从而宏观电偶极矩不等于零，称为转向极化。

磁介质

定义：由于磁场和事物之间的相互作用，使实物物质处于一种特殊状态，从而改变原来磁场的分布。这种在磁场作用下，其内部状态发生变化，并反过来影响磁场存在或分布的物质，称为磁介质引。磁介质在磁场作用下内部状态的变化叫做磁化。真空也是一种磁介质。磁场强度与磁通密度间的关系决定于所在之处磁介质的性质。这种性质来源于物质内分子、原子和电子的性状及其相互作用，有关理论属于固体物理学的重要内容。

在磁场作用下表现出磁性的物质。物质在外磁场作用下表现出磁性的现象称为磁化。所有物质都能磁化，故都是磁介质。按磁化机构的不同，磁介质可分为抗磁体、顺磁体、铁磁体、反铁磁体和亚铁磁体五大类。在无外磁场时抗磁体分子的固有磁矩为零，外加磁场后，由于电磁感应每个分子感应出与外磁场方向相反的磁矩，所产生的附加磁场在介质内部与外磁场方向相反，此性质称为抗磁性。顺磁体分子的固有磁矩不为零，在无外磁场时，由于热运动而使分子磁矩的取向作无规分布，宏观上不显示磁性。在外磁场作用下，分子磁矩趋向于与外磁场方向一致的排列，所产生的附加磁场在介质内部与外磁场方向一致，此性质称为顺磁性。介质磁化后的特点是在宏观体积中总磁矩不为零，单位体积中的总磁矩称为磁化强度。

实验表明，磁化强度与磁场强度成正比，比例系数χm称为磁化率。抗磁体和顺磁体的磁性都很弱，即cm很小，属弱磁性物质。抗磁体的cm为负值，与磁场强度无关，也不依赖于温度。顺磁体的cm为正值，也与磁场强度无关，但与温度成反比，即cm =C/T，C 称为居里常数，T为热力学温度，此关系称为居里定律。

二、混淆的各物理概念

电磁学中的一些概念之间存在着相似之处，正因为此容易忽略各物理量之间的本质差别。比如三个电矢量（电场强度E、电位移矢量D、电极化强度P）与三个磁矢量（磁感应强度B、磁场强度H、磁化强度M）之间会因为名称相似或公式相近而发生混淆。要深刻地认识这些物理概念的实质，并能够加以区分。电场强度E 与磁感应强度B 对应，电位移矢量D 与磁场强度H 对应，电极化强度P 与磁化强度M对应；通过对三个电矢量的通量的比较，弄清楚它们不同的源；通过对三个磁矢量环流的比较，弄清楚B、H、M三种矢量线所包围的电流分别是全电流、传导电流（稳恒情况下）、磁化电流。

三、引入磁介质的磁化现象

在电介质中，首先由电介质的微观电结构提出其分子模型为电偶极子，然后考虑在无外场情况下电介质中的不同类型分子（有极分子和无极分子）的电偶极矩表现，然后再考虑在有外场作用下的无极分子的位移极化和有极分子的取向极化。如图①

引入磁介质的磁化现象的过程，与电介质中引入极化现象的过程类似，都是首先确定分子模型，然后通过观察介质在无外场情况下的表现来将介质进行分类，最终在外场的作用下，根据介质分子的表现提出了极化和磁化的概念。然而对于电介质和磁介质两种不同的介质，其顺磁质的磁矩表现与有极分子电介质的电偶极矩的表现类似；抗磁质的磁矩表现与无极分子的电偶极矩的表现类似。

四、认识各物理规律

电介质中的物理规律与磁介质中的物理规律也具有对称性。注意到种对称性并加以较，如图所示②

①、②引用于2010年第09期科教文汇(下旬刊)

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