[指导]物理论文终极版免费下载

[指导]物理论文终极版免费下载 有关在电场和磁场中的电磁介质问题 ,教化0701 汪波 14, 摘要:本文分开阐述电场和磁场中的电介质和磁介质问题。对于电介质～从一个例题中得到两种解法～从而更深地研究了电介质的极化本质。对于磁介质～从另一种观点——磁荷观点来解释磁介质的极化原理～并且推导出高斯定理和安培环路定理～还比较了磁荷观点和安培环路定理的异同点。 关键字:电介质～磁介质～静电场～磁场～磁荷观点～分子电流观点 ,一, 静电场中的电介质 我们通过大学物理的学习～知道了电介质的极化原理～电介质分子的正负电荷中心因外加电场作用而发生漂移。对于不同的电介质～由于分子结构的不同～极化方式也不同～有位移极化和取向极化。为 p,了 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示极化程度～引入了极化强度P=。对于各向同性的电介质～,V ,,,P=E,为介质的电极化率,。 e0e 1'E,dS,(q，q)由高斯定理知～,1,～式中的,,,0,s0 'qq?和?分别表示自由电荷和极化电荷的代数和。又因为0 ' P,dS,,q, ,2, , S 0qP(，),,可得到～引入辅助型变量D～定义为电,EdS,,00S D,,E，P,(1，,),E,,,E,位移矢量,为电介质的介0e00 电常量,～从而得到电介质中的高斯定理 D,dS,q,3, ,0,S ,现在我们看一道简单的例题:平行板电容器充满了极化率为e 的均匀电介质～原电场的电场强度 E为,求电场E的大小。0 一般我们会直接用高斯定律解 决就可以了～取一高斯面S～由高 斯定律知～设充电后金属极板上的 自由电荷面密度为～由 , ,,e0 D,dS,D,S,,,S2e01得到, S D,,,,E～e000 DEE00,,,E～问题得到解决。 ,,,1，,e0 但是我们能不能从电介质极 化的本质出发来解决这个问题。我 们知道电介质发生极化时表面产 生极化电荷～而表面的极化电荷的 面密度为 e,,p,e,P～为介nenn 质表面的法方向的单位矢量～为极化强度P在外法线方向的分量。Pn 电介质极化产生极化电荷～极化电荷和自由电荷一样在周围空间 'E内,包括介质的内部和外部,产生附加的电场～由电场的叠加原 'EE理知～空间任意一点的场强E为外电场和极化电荷的电场的矢0 'E量和～由于极化电荷的电场的大小和方向都是变化的～得到的总 'EE场E也是不均匀的～。在电介质的外部～有的地方和的方向一0 'EE致～有的地方相反～一般与成一定的夹角～总场E的变化规律0 比较复杂。然而在电介质的内部～情况比较简单～可以 证明 住所证明下载场所使用证明下载诊断证明下载住所证明下载爱问住所证明下载爱问 任意几何 'EE形状的均匀电介质但在均匀的外场中极化时～其体内的大体和0 'E方向相反～对于球和椭圆等特殊的几何～形状～体内的是均匀的～ E并且严格和方向相反。0 在上题中也可以利用上面得到的 结论～极化电荷的面密度为 ,,P ～极化电荷产生的电场e0 ,,,EP'00eeE,,,,,E,这里e,,,000 的E是总场,～故总场 'E,E,E,E,,E～从而知00e 1 E,E,问题同样得到了01，,e 解决。 比较以上两种解法可以看到～在有一定对称性的情况下～采用第 一种解法比较简单～我们可以利用电介质中的高斯定理先把D解出～这里就无需知道极化电荷的分布和电荷密度。但是对一些高斯面比较难取的情况时～如求均匀极化的电介质球内部的总场强～采用第二中解法更加合适了～第二种解法从电介质极化的本质出发～由极化电荷的面密度得到极化电荷产生的场强～从而得到总场强。总之～两种 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 各有千秋～应灵活应用。 ,二, 磁场中的磁介质问题 电场存在电介质～无独有偶～磁场中也存在磁介质。有关磁场中的磁介质的理论在物理电磁学发展的历史～有两大理论:分子电流理论和磁荷观点。两种观点的微观模型不同～从而赋予磁感应强度B和磁场强度H不同的物理意义～但是最后得到的宏观规律的表达式却完全相同～在这种意义下两种观点是等效的。 ,a,磁荷观点 虽然现在分子电流较符合磁介 质微观本质的现代认识～但是磁电 荷理论发展在先～与电介质理论完 全平行的～便于理解和计算。 从电磁学发展历史来看～磁的 理论是建立在磁的库仑定律的基础 上的～磁介质的最小单元是磁偶极子～可以把磁偶极子看成小磁针～ 如右图所示～在无外磁场时～各个磁偶极分子的取向是杂乱无章的～所以总的来看介质不显示磁性～当加上一个磁场强度为H0～使每个磁偶极分子的磁偶极矩Pm分子转向磁场的方向～从图中可以看到磁偶极子沿着磁场的方向整齐排列的～由于在介质的内部N、S首尾相互抵消～导致在整个棒中的两个端面上有+～-磁荷～磁荷可类比于电荷～那么磁介质问题就与电介质问题相通了～同样引入磁极化强度J～且 P,m分子,J～J与外加磁场的磁场强度H0方向相同～同理也可,V 以得到 J,dS,,q ,4,,m,S内S ,,J,n,J,Jcos, ,5,mn ,是磁介质的表面上磁荷的面密度～Jn 是J在表面外法向方向的m 投影～同样磁荷也会产生附加电场 ''HH,总磁场强度H为和H0的矢 'H量和～和H0的方向相反。 'H再讨论一下影响的因素～在 右图的几根棒中～l/R不同～让它们 的J相同～细而长的磁棒总磁荷较少 ,q,,,S,,～又离终中点较远～mm 'H磁荷产生的磁场强度较弱。对于那些短而粗的磁棒～结论正好相反。我们可以通过实验得到 /H,NJ/u (6)D0 ND的大小由l/R决定～也可以通过 定量计算～它们可以看作一对彼此 相距为l～半径为R的带均匀磁荷的 圆面～我们将此模型改成个相距为 l～半径为R的均匀带相反电荷的圆 面～从而由磁场问题转化常见的电 场问题～先研究一个半径为R的均 匀带电圆面在其轴线的场强分布～建立如右图的坐标系～设离圆心距离为x的位置的坐标为x～我们证明过 ,x,, E(x)(1)i～现在是两个带相反电22,，20Rx 荷的圆面在它们的中心处的场强即为2E,x,,即 ,x(1)E,,,,。再考虑磁场问题～将改成～,改成m022,R，x0 'uH～E改成～即可得到 0 ,/2,1/2mH,{1,(l/d)[1，(l/d)]} (7),0 2,1/2N,{1,(l/d)[1，(l/d)]}即得到 D 'l,,,l/d,,HN对于无限长的磁棒～～0, 0;,,D J/H,l/d,0对于很薄的磁介质片～～1,.N,Du0 在一般情况下～l/d介于和0之间～介于0和1之间。N,D 按磁荷观点～像静电场同样的推理～它满足的环路定理和高斯定 理分别为: /H,dl,0 , 1/HdS,,q,m ,uS内0 /H,dl,(H，H),dl,I，0,I,,000则 ,8,,,L内内L 11/HH,dS,(H，),dS,0，q,q ,9,,,0mm,,uuS内S内00 ，u,4,+,9,得到 0 (uH，J),dS,00 ,10,, uH，J同样引入辅助型变量B=～B为磁感应强度～在真空中J=0,0 B,dS,0则 ,11,, ,8,和,11,是安培环路定理和高斯定理。其中 B,(1，,)uH,uuH m00 ,b,两种观点的对比 磁荷观点推导出的安培环路定理是 B H,dl,(,M),dl,I0 ,12,,,,L内u0LL J,uM将,12,和,8,作比较～因为,这里不作证明,～0 ,12,和,8,是相同的。所以分子电流和磁荷观点虽然假设的微观 模型不同～B和H的物理意义也不同～但是它们服从的基本定理相同～ 计算的具体结果也相同。 物理规律 分子电流观点 磁荷观点 电介质 微观模型 磁化强度矢量M 磁极化强度矢量J 极化强度矢量P 与M平行的界面上出与J垂直的界面上与P垂直的界面极化的宏观效果 现磁化电流 出现磁荷 上出现极化电 荷 描述磁,电,场 磁感应强度B 磁场强度H 电场强度E 的基本矢量 磁化电流产生 磁荷产生附 极化电荷 ///介质对磁,电, HBE, 加场附加场 ～ , 产生附加场 ////B,B，BE,E，E场的影响 H,H，H 000辅助矢量 磁场强度H 磁感应强度B 电位移D 高斯定理 D,dS,q,0 ,B,dS,0 ,内SS 安培环路定理 E,dl,0H,dl,I ,0 ,,L内L 从上表中可以看到两种观点的异同点了。两种观点出发点不同～但殊途同归～下面作个比较: 1. 从原子结构的认识来看～分子电荷理论更加符合实际～磁荷理论不太符合磁介质的微观本质。 2. 从计算方法来看～磁荷观点简便多～作为一种有效的工具～仍有 其应用价值。 3. 在磁荷观点中～H的物理意义比较清楚～B是作为辅助矢量引入的～ 物理意义不那么直观。而在分子电流中B的物理意义比较清楚～ 而H是一个辅助矢量～其物理意义不直观。 总之～在处理实际问题时～应根据实际情况具体分析～但是要始终采用一种观点。 结语 通过对电介质和磁介质的更深的探索和研究～我对电磁介质的极化本质有更深的体会～并且领会到了电磁之间的联系区别～学会到类比等重要的物理方法。 参考文献 《电磁场与电磁波》 ～邹澎～周晓萍编著～清华大学出版社～2008 年6月版 《电磁场与电磁波》～张昕、杨晓冬、李文兴～哈尔滨工程大学出版 社～2008年1月版 《应用电磁学基础》～Fawwaz T.Ulaby著、尹华杰译～人民邮电出版 社～2007年1月版 《电磁场基础》～钟顺时著～清华大学出版社～2007年2月版