2-4介质中的高斯定律电位移矢量.ppt

需要补充D和E的关系式，并且需要已知描述介质极化性质的极化率?e，对于各向同性线性介质,有 1) ? 的边界条件 在分界面上取一个扁盒，将　　　　 应用于此盒，并考虑h?0，得 ? 为分界面上自由电荷面密度，不包括自由极化电荷。 ? 若媒质为理想媒质，则 ， 满足边界条件 对 边界条件的讨论 结论一：若边界面上不存在自由电荷，则 法向连续。 电位移法向分量的不连续，与分界面的自由面电荷的存在有关 电位移法向分量的边界条件用电位可表示为 当分界面的自由面电荷不存在，电位移法向分量连续 对于各向同性的线性介质，有 此式表明：在两种各向同性的线性介质形成的边界上电场强度的法向分量不连续。 可导出边界上束缚电荷与电场强度法向分量的关系为 在ρS = 0时，电位移法向分量的边界条件用电位可表示为 2) 的边界条件 在分界面上作一矩形回路，将　　　 用于此回路，且考虑h?0，得 结论二：在两种媒质分界面上， 切向连续。 对于各向同性的线性介质 电场强度的切向分量连续，意味着电位是连续的，用电位可表示为 在边界上，电位移的切向分量是不连续的。 设区域 1 和区域 2 内电场线与法向的夹角分别为θ1、θ2， 分界面处的折射定理 折射定理表明，电场线在分界面上通常要改变方向。 在ρS = 0时，由电位移法向分量和场强的切向分量的边界条件有： 理想媒质和导体的静电场边界条件 ? 理想介质分界面的边界条件（ ） 理想介质：导电率为0的媒质。因此在理想介质内部和表面均不存在自由电荷分布，故边界条件为： ? 导体边界条件 在导体内部，不存在静电场。故静电场导体边界为 * * 2.4 介质中的高斯定律 电位移矢量 一、极化与极化强度矢量 1）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 ：表示电偶极子。 用极化强度矢量 表示电介质被极化的程度。 式中： 表示i个分子极矩。 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 2）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。 　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 等于分子极矩长度。 1）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 穿出整个S面的电荷量为： 由电荷守恒和电中性性质，S面所围电荷量为 2）面极化电荷 在介质表面上，极化电荷面密度为 ? 式中： 为媒质极化强度 为媒质表面外法向单位矢量 ? 介质1 介质2 n 讨论：若分界面两边均为媒质，则 真空、金属 （1）介质2是电介质而介质1是真空: （2）介质2是电介质而介质1是金属: 对介质极化问题的讨论 1）极化电荷不能自由运动，也称为束缚电荷 2）由电荷守恒定律，极化电荷总量为零； 3）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 4）均匀介质内部一般不存在极化电荷 §2-4-2 有电介质时的高斯定理 电位移 同时考虑自由电荷和束缚电荷产生的电场 总电场 束缚电荷 自由电荷 高 斯 考虑关系 把静电场Gauss定理变换一下 电位移矢量 S面内包围的自由电荷 电位移矢量通量 同时描述电场和电介质极化的复合矢量。 有电介质时的高斯定理 如果把真空看作电介质的特例 有电介质时的高斯定理积分形式 高斯散度定理 ? 有介质高斯定理微分形式 ? D的Gauss定理：有电介质存在时，通过电介质中任意闭合曲面的电位移通量，等于闭合曲面所包围的自由电荷的代数和，与极化电荷无关 公式中不显含P、q’、E’，可以掩盖矛盾，但没有解决原有的困难 若q0已知，只要场分布有一定对称性，可以求出 D，但由于不知道P，仍然无法求出E 真空中 有介质的问题总体上说，比较复