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

41339. ОСНОВНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ С ЭЛЕКТРОННЫМ ОСЦИЛОГРАФОМ 274.5 KB
  Для проверки линейности усилителя вертикального отклонения осциллографа строим график зависимости отклонения луча от подаваемого напряжения измеренного вольтметром V по схеме 1. II Для определения чувствительности осциллографа по осям X и Y строим графики зависимости отклонения луча от положения ручек регулировки чувствительности. Усилитель вертикального отклонения. Максимальная чувствительность усилителя вертикального отклонения = 2.
41340. Определение модуля Юнга по растяжению проволоки 189.5 KB
  Цели и задачи: необходимо вычислить модуль Юнга для проволоки определив удлинение этой проволоки ΔL под действием приложенной к ней силы F при известной длине проволоки L и площади поперечного сечения S. Приборы и материалы: для определения модуля Юнга используется установка которая состоит из проволоки закрепленной в кронштейне к нижнему концу которой подвешивается растягивающий груз играющий роль деформирующей силы. Для определения удлинения проволоки под действием груза служит зеркальце прикрепленное вертикально к горизонтальному...
41341. Разработка системы менеджмента предприятия по производству одежды из кофе 836 KB
  Впервые производство «кофейной» одежды было разработано тайваньской компанией Singtex. Аналогичным производством линии спортивной одежды из кофе занимается калифорнийская фирма Virus. На Российском рынке данный вид продукции пока не существует, поэтому существует перспектива создания линии экологически чистой одежды и в нашей стране.
41342. Изучение закономерностей прохождения электронов в вакууме. Закон степени трех вторых. Определение удельного заряда электрона 493 KB
  Анодное напряжение и напряжение накала подается на кенотрон от универсального источника питания УИП2 который позволяет регулировать постоянное напряжение на аноде в диапазоне от 10 до 300В с плавным перекрытием переключаемых поддиапазонов при токе нагрузки до 250 мА. Напряжение накала переменное и равно 126В с предельным током нагрузки до 30 А. Установить ток накала кенотрона IН =29 А. Непостоянство тока накала обусловлено увеличением сопротивления нити накала при ее нагревании а также небольшими скачками напряжения источника питания...
41343. Определение скорости полёта пули методом баллистического маятника 19 KB
  Определение скорости полёта пули методом баллистического маятника. Результаты измерения скорости полёта пули: I=0.
41346. Произвести градуировку термопары медь – константан 126 KB
  Для точного определения напряжения на краях необходимо скомпенсировать напряжение поданное с элемента Вестона на и . При этом напряжение от источника питания будет поделено таким образом что напряжение на будет равно напряжению от элемента Вестона что позволит рассчитать напряжение на . = 1156 ом = 600 ом Рассчет : Длина L =100мм тогда при положении ползунка в точке l снимаемое напряжение будет равно: Вычисление э.
41347. Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости 418 KB
  Измерив кпв двумя методами можно сказать,что значения кпв водных растворов спирта соответственно совпали, с точностью до погрешности. Большое значение погрешности объясняется низкой точностью измерений, особенно в определении разности.