Skip to content

有介质时的高斯定理 ​

有电介质存在时的总场强 ​

有电介质存在时的总场强为:

E=E0+E′

其中,E0 是外电场,E′ 是极化电场。

即电场 E 由束缚电荷的分布决定,而电介质最后的极化情况即点极化强度 P 和束缚电荷的分布又是由电场 E 决定的。

可见三者之间的关系是相互影响的,可以通过引入适当的物理量来简化问题。

电位移和有介质时的高斯定理 ​

有电介质时,高斯定理依然成立,只不过此时 E 通量的计算需要同时考虑自由电荷和束缚电荷的贡献。 即:

∮SE⋅dS=1ε0∑(q0内+q内′)

根据极化强度与极化电荷的关系 可知:

∮S(ε0E+P)⋅dS=∑q0内

引入一个物理量 D,称为电位移矢量,定义为:

D=ε0E+P

称为电位移矢量,其单位是 C/m2。
则上式可改写成:

∮SD⋅dS=∑q0内

此式证明:通过任意闭合曲面的电位移通量(或称为 D 通量)等于该闭合曲面内的自由电荷之和。 称为有介质时的高斯定理,或称为 D 的高斯定理。

介电常数 ​

对于各向同性电介质,有:

D=ε0εrE=εE

式中比例系数 ε=ε0εr 称为电介质的介电常数

应用 ​

  1. 根据自由电荷的分布求出电位移 D 的分布
  2. 根据电位移 D 的分布求出电场强度 E
  3. 根据 E 求出 P
  4. 根据 P 求出束缚电荷面密度 σe′
  5. 根据 σe′ 求出束缚电荷总量 q′

静电场的边界条件 ​

电场强度切向分量的连续性 ​

再两种电介质的分界面上,用 E1t 和 E2t 分别表示分界面电场强度切向分量大小,由环路定理知:

∮LE⋅dl=E1tΔl+E2tΔl=0

即:

E1t=E2t

可见,电场强度的切向分量在两种电介质的分界面上是连续的。

电位移法向分量的连续性 ​

在两种电介质的分界面上,用 D1n 和 D2n 分别表示分界面电位移法向分量大小,由高斯定理知:

∮SD⋅dS=D1nΔS+D2nΔS=0

即:

D1n=D2n

可见,电位移的法向分量在两种电介质的分界面上是连续的。

以上推出的两个结论称为静电场的边界条件。

D 线的折射定律 ​

折射定律

tan⁡θ1tan⁡θ2=εr1εr2

大学物理AII 学习笔记