34介质的极化电位移矢量 、极化与极化强度矢量 介质极化有关概念 →介质:内部存在不规则而迅速变化的微观电磁场的带电系统 电偶极子和电偶极矩 电偶极子:由两个相距很近的带等量异号电量的点 电荷所组成的电荷系统。 电偶极矩P:表示电偶极子。p=ql →介质分子的分类:无极分子和有极分子。 在热平衡时,分子无规则运动,取向各方向均等,介质在宏观 上不显出电特性 4介质的极化:在外场影响下,无极分子变为有极分子,有极分 子的取向一致,宏观上出现电偶极矩
3.4 介质的极化 电位移矢量 一、极化与极化强度矢量 介质极化有关概念 介质：内部存在不规则而迅速变化的微观电磁场的带电系统 电偶极子和电偶极矩： 介质分子的分类：无极分子和有极分子。 在热平衡时，分子无规则运动，取向各方向均等，介质在宏观 上不显出电特性 介质的极化：在外场影响下，无极分子变为有极分子，有极分 子的取向一致，宏观上出现电偶极矩 电偶极子：由两个相距很近的带等量异号电量的点 电荷所组成的电荷系统。 电偶极矩 p ：表示电偶极子。 p ql = l −q q
■极化强度矢量 用极化强度矢量P表示电介质被极化的程度。 P= lim ∑ Nn式中:表示个分子极矩 △→0△ N表示分子密度 物理意义:等于单位体积内电偶极矩矢量和。 说明:对于线性媒质,介质的极化强度和外加电场成正比关系,即 P= XEX:媒质极化系数 二、极化电荷(束缚电荷 媒质被极化后,在媒质体内和分界面上会 出现电荷分布,这种电荷被称为极化电荷。 E 由于相对于自由电子而言,极化电荷不能自 由运动,故也称束缚电荷。 S 体内出现的极化电荷成为体极化电荷,表 面上出现的极化电荷称为面极化电荷
用极化强度矢量 P 表示电介质被极化的程度。 0 lim i av V p P Np → V = = 式中： i p 表示i个分子极矩。 N表示分子密度 物理意义：等于单位体积内电偶极矩矢量和。 说明：对于线性媒质，介质的极化强度和外加电场成正比关系，即 0 : P E = e e 媒质极化系数 极化强度矢量 二、极化电荷（束缚电荷） 媒质被极化后，在媒质体内和分界面上会 出现电荷分布，这种电荷被称为极化电荷。 由于相对于自由电子而言，极化电荷不能自 由运动，故也称束缚电荷。 体内出现的极化电荷成为体极化电荷，表 面上出现的极化电荷称为面极化电荷
■体极化电荷 介质被极化后,分子可视作一个电偶极子 设分子的电偶极矩p=ql取如图所示体积 元,其高度l等于分子极矩长度。 则负电荷处于体积中的电偶极子的正电荷必定穿过面元d 在空间中任取体积V,其边界为S,则经S穿出正电荷量为 do=ngl -ds=npds= Pds ds 穿出整个S面的电荷量为 Q==∮P△ S p 由电荷守恒和电中性性质,S面所围电荷量为 P→dS V。PⅣ P pp
dS p l 介质被极化后，分子可视作一个电偶极子 设分子的电偶极矩p =ql。取如图所示体积 元，其高度 l 等于分子极矩长度。 体极化电荷 则负电荷处于体积中的电偶极子的正电荷必定穿过面元dS 在空间中任取体积V，其边界为S，则经S穿出V的正电荷量为 dQ nql dS np dS P dS = = = 穿出整个S面的电荷量为： S S Q dQ P dS = = 由电荷守恒和电中性性质，S面所围电荷量为 P S q Q P dS = − = − V = − PdV = − P P
■面极化电荷 在介质表面上,极化电荷面密度为 ods=d pods SP P●n S S 式中:p为媒质极化强度 n为媒质表面外法向单位矢量 讨论:若分界面两边均为媒质,则 介质1 =-(-2) ∞0sp=-(P In 极化电流密度 当极化强度P改变时,极化电荷分布将发生改变,这个过程 中极化电荷将在一定范围内运动,从而形成极化电流 △i △Apa(P·dS)P P at at a△S→了M=D △Sbt
面极化电荷 在介质表面上，极化电荷面密度为 SP = P n sp sp S S q dS P dS = = 式中： 为媒质极化强度 为媒质表面外法向单位矢量 P n SP = − − n P P ( 1 2 ) SP n n = − − (P P 1 2 ) 介质1 介质2 n 讨论：若分界面两边均为媒质，则 极化电流密度Jp 当极化强度P改变时，极化电荷分布将发生改变，这个过程 中极化电荷将在一定范围内运动，从而形成极化电流 p ( ) p q P dS P i S t t t = = = p p i P J S t = =
皇 说明:极化电荷与极化电流之间仍满足电流连续性方程,即有 0P=0 十 at 对介质极化问题的讨论 →极化电荷不能自由运动,也称为束缚电荷 →由电荷守恒定律,极化电荷总量为零; →P=常矢量时称媒质被均匀极化,此时介质内部无极化电荷, 极化电荷只会出现在介质表面上 均匀介质内部一般不存在极化电荷 位于媒质内的自由电荷所在位置一定有极化电荷出现
0 p p J t + = 说明：极化电荷与极化电流之间仍满足电流连续性方程，即有 对介质极化问题的讨论 极化电荷不能自由运动，也称为束缚电荷 由电荷守恒定律，极化电荷总量为零； P=常矢量时称媒质被均匀极化，此时介质内部无极化电荷， 极化电荷只会出现在介质表面上 均匀介质内部一般不存在极化电荷 位于媒质内的自由电荷所在位置一定有极化电荷出现