73703

Dектор электрической индукции и вектор поляризации

Лекция

Физика

Ранее были введены следующие два вектора: вектор электрической индукции и – вектор поляризации. Где проекция вектора на любое направление параллельное плоскости. Граничные условия для вектора так же выполняются т. Гаусса выполняется и для вектора но вектор не реагирует на внешние заряды – только на поляризационные.

Русский

2014-12-19

199 KB

1 чел.

Лекция №6.

Ранее были введены следующие два вектора:- вектор электрической индукции и  – вектор поляризации.

Вектор поляризации представляет собой некоторую векторную функцию от векторного аргумента , или по-другому:  не будем писать x, y, z 1, 2, 3, тогда .

Предположим, что  - непрерывна и имеет производные любого требуемого порядка. Разложим ее в ряд Тейлора в близи нуля, т.е. рассматриваемые нами поля довольно слабые для подобного приближения.  еще плюс 27 производных третьего порядка, плюс 81 производная четвертого порядка и т.д.

Допустим, что поле  мало тогда, с точки зрения математики, можно ограничиться линейными слагаемыми. А на физическом уровне это означает, что мы можем оборвать ряд на линейном слагаемом, если электронные облака получают очень маленькие смещения под действием поля . Числа, равные частным производным, обозначим следующим образом: ,   …

, т.е. в линейном приближении , а можно еще короче: , где суммирование проводится по повторяющимся индексам.

Набор из девяти величин  называется тензор поляризуемости.

Если мы захотим рассмотреть большие поля , то уже необходимо учитывать вторые частные производные, и ввести величину , тогда , где  будем считать равным нулю.

27 величин  называются тензором квадратичной поляризации. Эти тензоры измеряются для каждого вещества и заносятся в таблицы. Аналогичным образом расправимся с формулой . Они отличаются только буквами, следовательно можно повторить те же самые рассуждения, только будут другие буквы. В линейном приближении , где , 9 величин  называются тензором диэлектрической проницаемости. Если необходимо учесть квадратичные слагаемые, то с учетом нелинейных эффектов получим формулу , где .

Граничные условия для полей в диэлектрике.

Рассмотрим заряженную поверхность. Вокруг неё поля, создаваемые этой поверхностью, другие внешние поля (всё сложилось по принципу суперпозиции). Ранее мы выяснили как ведет себя вектор  вблизи заряженной поверхности, и получили две замечательные формулы:  и . Где  - проекция вектора  на любое направление, параллельное плоскости.

Теперь пусть эта заряженная поверхность находится внутри диэлектрика. Точно так же имеют место быть поле, создаваемое этой поверхностью, и другие внешние поля.. На этот раз  включает в себя заряды, внесённые на пластинку из вне и заряды поляризационные. Граничные условия для вектора  так же выполняются, т.к. поле  неподвижно:  

Мы знаем, что т. Гаусса выполняется и для вектора , но вектор  не реагирует на внешние заряды – только на поляризационные. Можем записать нечто похожее на формулу :

, но вот аналог формулы  мы пока записать не можем, т.к. мы не доказывали теорему о циркуляции для вектора  (мы не можем использовать ее для вывода соотношения тангенциальных составляющих).

Для вектора  можем воспроизвести весь вывод граничных условий как и для вектора , но будем писать только  (это следует из теоремы Гаусса) таким образом получим формулу: . Если , то нормальная компонента вектора  будет непрерывна, а для вектора  будет «скакать». Для вектора мы не доказывали теорему о циркуляции, поэтому вторую часть мы тоже оставляем пол сомнением.

Упростим задачу и вытащим из диэлектрика заряженную плоскость – останутся два диэлектрика с диэлектрическим проницаемостями  и  во внешнем электрическом поле.

Вблизи границы раздела двух диэлектриков нарисуем вектора  и  так, чтобы тангенциальные их составляющие были одинаковы. Введем углы  и  - углы с между векторами  и и нормалью к поверхности, тогда  (2).

Теперь рассмотрим соотношение . В этом случае нормальные компоненты вектора  непрерывны , поскольку . Значит имеет место быть равенство  (2).

Поделив выражения (1) и (2) друг на друга, получим следующее соотношение . Здесь нет величины , но есть углы  и . Значит с помощью формулы  можно определить как ломаются силовые линии напряженности электрического поля на границе двух диэлектриков.

Для векторов  и  можно написать граничные условия только для нормальных компонент.

Пример.

Рассмотрим равномерно заряженную сферу радиуса , которая находится внутри сферического слоя диэлектрика радиуса . Поля маленькие, поэтому можно работать в линейном приближении. Найдем поле  и потенциал на любом расстоянии от центра сферы.

  1.  : вектора  и  направлены одинаково - в радиальном направлении. Вычислим поток: . Воспользовавшись теоремой Гаусса для вектора , получим соотношение:   , откуда . 
  2.  :  поток:   

т. Гаусса:   ,

.

  1.   :  для любого из векторов  или  поток равен нулю, поэтому поле .

Теперь построим график потенциала.

  1.  :  
  2.  (в диэлектрике): тащим заряд в бесконечность .
  3.  : перемещаем заряд из внутренней сферы в бесконечность, во внутренней сфере . .

Функция потенциала непрерывна, иначе мы могли бы получить конечную работу при бесконечно малом перемещении.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

78381. Международный коммерческий арбитраж (МКА) 18.27 KB
  Институциональные суды имеют перечень потенциальных арбитров из которых стороны вправе выбирать арбитров но обычно всегда. Арбитражное соглашение – это процессуальная сделка в соответствии с которой стороны передают обязуются друг перед другом передать рассмотрение спора тому или иному арбитражу. Стороны могут договориться о спорах по конкретному делу либо по всем спорам которые у них могут возникнуть в течение определенного периода времени. в арбитражном соглашении стороны могут указывать на вид арбитража а процедура...
78382. Введение в курс МЧП 15.25 KB
  Введение в курс МЧП. Понятие МЧП. МЧП – отрасль российского права которая регулирует частно правовые отношения отношения основанные на юридическом равенстве сторон при наличии иностранного элемента. МЧП распространяется только на отношения в пределах гражданского оборота.
78383. Источники МЧП 16.58 KB
  Источники МЧП Правовые источники: Международные соглашения договоры Закон в шир. смысле слова Обычаи правила которые не закреплены в законе Иные неправовые источники: Договоры и последующие соглашения доп.соглашения Локальные акты корпорации устав ООО Прецедент админ судеб Существо отношений Доктрина Юридическое равенство сторон заключается в том что одинаковый объем правоспособности если иное не закреплено в законе свобода вступать в правоотношения свобода выбора контрагента свобода согласования условий....
78384. Электрические аппараты 50.95 KB
  Если проводить аналогию между тепловозом и живым организмом то электрические аппараты представляют собой своеобразную нервную систему благодаря которой обеспечивается согласованная работа различных систем тепловоза. системы управления были реализованы на реле и электрические аппараты использовались для дистанционного управления электрической передачей тепловоза. для этой же цели стали применять магнитные усилители и другие бесконтактные аппараты.
78385. Строение и действие контроллеров, реверсоров, выключателей 230.44 KB
  Контактный элемент мостикового типа с двойным разрывом контактов состоит из изолятора 17 и рычага 13 контактных болтов 14 мостиковых контактов 16 держателя и пружин 15 обеспечивающих начальное и конечное контактное нажатие. Контроллер КВ1552 имеет следующую техническую характеристику: Тип контактов Мостиковый Напряжение 75 В Ток продолжительного режима 10А Ширина 10 мм Раствор 6 8 Провал 25 35 мм Нажатие 34 35 Н Угол поворота: главной рукоятки главного барабана реверсивного барабана в обе стороны нулевого положения 115 230 от 300...
78386. Аппаратура дистанционного действия. Назначение, устройство и действие электропневматических и электромагнитных контакторов 144.33 KB
  Форма контактов такова что при замыкании первоначально сходятся их передние концы затем подвижной контакт перекатывается по неподвижному до прилегания задних частей. Во время размыкания происходит обратное перекатывание и последними размыкаются переднее концы контактов. Последовательность положений контактов при замыкании показала на рис. При такой работе контактов уменьшается их износ предотвращается приваривание и сохраняется рабочей часть.
78388. Предохранители установлены в цепях регулирования и управления тепловозом 151.47 KB
  Расцепитель состоит из реле коромысла рейки и механизма свободного расцепления. Реле расцепителя с гидравлическим замедлением представляет собой электромагнитную систему с двумя подвижными частями: якорем 9 и плунжером. Промежуточные и специальные реле применяют для дистанционного управления и защиты электрических цепей. На тепловозе 2ТЭ116 устанавливают различные типы реле и датчиковреле в зависимости от выполняемых функций напряжения втягивающей катушки и количества контактов.