Điện từ học trong môi trường vật chất
Bên trong vật chất, trường điện từ được biến đổi bởi sự phân cực, từ hóa và dẫn điện, được mô tả bằng các phương trình Maxwell vĩ mô và các hàm phản ứng vật liệu.
Definition
Nghiên cứu về các trường điện từ trong môi trường vật chất, nơi các điện tích và dòng điện liên kết của sự phân cực và từ hóa, cùng với các dòng điện dẫn tự do, làm thay đổi các trường và được tóm tắt bằng các mối quan hệ cấu thành liên kết các trường với phản ứng của vật liệu.
Scope
Lĩnh vực này bao gồm điện động lực học vĩ mô của môi trường liên tục: sự phân cực và từ hóa của vật chất, các trường phụ D và H, các mối quan hệ cấu thành điện môi và từ tính, độ dẫn điện và định luật Ohm, và hằng số điện môi phụ thuộc tần số chi phối các tính chất quang học của vật liệu. Nó đề cập đến cách phản ứng của vật liệu định hình lại các trường và sóng, dựa trên nhưng khác biệt với điện động lực học chân không.
Sub-topics
Core questions
- Các điện tích và dòng điện liên kết làm thay đổi các trường bên trong vật chất như thế nào?
- Những mối quan hệ cấu thành nào mô tả phản ứng điện từ của vật liệu?
- Độ dẫn điện chi phối dòng điện và sự tiêu tán năng lượng như thế nào?
- Phản ứng phụ thuộc tần số định hình hành vi quang học như thế nào?
Key concepts
- sự phân cực
- sự từ hóa
- trường dịch chuyển D
- trường phụ H
- hằng số điện môi
- độ từ thẩm
- độ dẫn điện
- các mối quan hệ cấu thành
Key theories
- Các phương trình Maxwell vĩ mô
- Việc lấy trung bình các điện tích vi mô tạo ra các phương trình Maxwell trong vật chất với các trường phụ D và H, mà các nguồn của chúng chỉ là các điện tích và dòng điện tự do, được bổ sung bởi các mối quan hệ cấu thành.
- Các mối quan hệ cấu thành
- Sự phân cực, từ hóa và dòng điện dẫn được liên hệ với các trường thông qua hằng số điện môi, độ từ thẩm và độ dẫn điện, có thể phụ thuộc vào tần số, cường độ trường, hướng và lịch sử.
Clinical relevance
Điện động lực học vật liệu là nền tảng của tụ điện và chất cách điện, các thiết bị quang học và quang tử, chất dẫn điện và bán dẫn trong điện tử học, gia nhiệt bằng vi sóng và điện môi, và các tính chất điện từ của mô sinh học được sử dụng trong chẩn đoán hình ảnh và điều trị.
History
Việc Faraday phát hiện ra rằng chất điện môi ảnh hưởng đến điện dung đã khởi đầu nghiên cứu về các trường trong vật chất. Lý thuyết điện tử của Lorentz và mô hình dẫn điện của Drude vào khoảng năm 1900 đã đưa ra các giải thích vi mô về sự phân cực và độ dẫn điện, mà Landau và Lifshitz sau này đã hệ thống hóa thành điện động lực học của môi trường liên tục.
Key figures
- Michael Faraday
- Hendrik Lorentz
- Paul Drude
Related topics
Seminal works
- landau1984
- jackson1998
Frequently asked questions
- Tại sao lại đưa vào các trường D và H?
- Chúng đóng gói lại các điện tích và dòng điện liên kết của vật chất sao cho các nguồn của chúng chỉ là các điện tích và dòng điện tự do, làm cho các phương trình Maxwell trong vật liệu đơn giản hơn để áp dụng khi đã biết phản ứng của vật liệu.
- Mối quan hệ cấu thành là gì?
- Đó là định luật đặc trưng của vật liệu liên hệ phản ứng (sự phân cực, từ hóa hoặc dòng điện dẫn) với các trường tác dụng, chẳng hạn như hằng số điện môi, độ từ thẩm hoặc độ dẫn điện của môi trường.