【原】介质的电磁性质

对介质中的电磁现象，如果仅限于从宏观上做讨论，需要补充有关介质的电磁性质的实验规律，这些实验规律可以当作电磁理论的外部条件。

我们已经对真空中的麦克斯韦方程组、洛伦兹公式和电荷守恒定律这几条自然规律做了简单的回顾，并将已经熟悉的积分方程转换成微分方程。原则上说，有了作为经典电动力学理论基础的这几条规律，当有介质存在时，利用物质结构的微观模型就能够导出电磁现象中的其他实验规律。不过，如果仅限于从宏观上讨论介质中的电磁现象，作为电磁理论的外部条件，还需要补充有关介质的电磁性质的实验规律。

为了讨论介质中的电磁现象，引入电位移  和磁场强度  两个辅助物理量，麦克斯韦方程组的其中两个方程可以被改写成如下形式：相应的微分形式为：方程中，  是自由电荷密度，  是传导电流密度矢量，它们相当于此前一直讨论的、真空情况下的  和  。在有介质存在的情况下，总电荷应该包括自由电荷和极化电荷，总电流则应该包括传导电流和磁化电流。上述两个微分方程反映了电荷和电流激发电磁场的基本规律。

一般情况下，  和  分别与  和  有相当复杂的函数关系，这些关系不是在目前的知识层面上可以讨论的。不过，对均匀各向同性的线性介质，它们之间的函数关系就简单得多了：公式中，  是介质的介电常数，  是介质的磁导率。如果要讨论导电物质内的电磁现象，则还要加上欧姆定律：其中  是导电物质的电导率。电位移与电场强度之间的关系、磁感应强度与磁场强度之间的关系以及欧姆定律这三个关系被称为介质的电磁性质方程。原则上说，可以从介质的微观结构模型导出这三个关系的数学表达式。

麦克斯韦方程组的第二式和第三式反映电磁场内部相互作用的规律，与电荷和电流没有直接关系，在介质中仍然成立。最终，我们得到描写介质中的电磁现象的一组微分方程：这组微分方程也适用于描写真空中的电磁现象，只需要将真空当作一种介电常数为  ，磁导率为  的 “均匀各向同性线性介质”，用  替换  ，用  替换  就可以了。

麦克斯韦方程组、洛伦兹公式、电荷守恒定律和介质的电磁性质方程构成了求解空间中任意电磁场的一套完备的方程组。