§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。这在赵凯华先生的《电磁学》中有详尽的描写，这里不再赘述。

(1).电介质的极化规律

实验表明，电介质的极化强度与介质内的合成电场成正比，与电极化率成正比，这就是电

介质极化的极化规律，数学表述为。

交变的电场对介质作用时不但使介质能发生周而复始的极化，而且还使介质中的电荷进行反复的移动

而产生“极化电流”。极化电流常用量度。

(2).磁介质的磁化规律或

磁场的磁化规律与此对应，即（分子电流观点）和（磁荷观点）。两

式都表明，介质磁化后的效果（或）与介质中的合成场成正比。两式还暗示了另外一个关系

，它是“分子电流”和“磁荷”两套观点所使用的公式间的“桥梁”，借助于这个关系，我们可以将磁荷观点下的某些公式过渡为分子电流观点下的公式。例如

由磁荷与电荷的对称性：

进而从可得出或者其变形。

3.介质的通量和环量

(1).从介质极化的模型可以推出的通量及其微分式

在均匀极化的介质中取一立方体，边长恰为偶极子长度

（图1-1）；设n 为介质的分子数密度，

则穿出该立方体的电荷数

对此式取积分得：

从上式不难得出：

和

(2).从介质磁化的模型可以推出

的环量

及其微分式

从从均匀磁化的介质中取一环路

，在环路上

作一个小柱

体，令其底面积为

，长为

（图1-2）；设

为介质的分

子数密度，

为分子电流，则小柱的体积

中心落在小柱内的分子电流数就是环绕

的电流

与环路

链环的总电流

从上式可得

和

图1—1

图1—2