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

82724. Расчетно-кассовое обслуживание корпоративных клиентов (на примере ЗАО МКБ «МоскомПриватбанк») 397 KB
  Настоящий этап развития платежной системы характеризуется широким внедрением новых форм расчетов и использований новых совершенных банковских технологий отвечающих мировым стандартом и принципам. Расчеты включают с одной стороны условия и порядок осуществления платежей выработанные практикой...
82725. Анализ социально-экономического развития ФРГ в 1950 – 1960-х годах 6.3 MB
  Социально-экономическая ситуация которая сложилась в Западной Германии в 50-60е гг. Экономика Германии находилась в разрухе и сильном кризисе. Реформы проведенные в Западной Германии в 1948 г. явились в своем роде экономическим экспериментом который прошел в полнее удачно принеся Германии...
82726. Расчет электропривода металлорежущего станка токарной групппы 912 KB
  Металлорежущие станки токарной группы относятся к наиболее распространенным станкам и широко применяется на предприятиях машиностроения. На токарных станках производится обработка наружных внутренних и торцевых поверхностей тел вращения цилиндрической конической и фасонной формы а также прорезка...
82727. Проектирование технологического процесса изготовления вала червячного 2.92 MB
  Также разработано нестандартное контрольное приспособление для измерения биений базовых поверхностей детали. Также в дипломном проекте рассмотрены вопросы касающиеся обеспечения безопасности жизнедеятельности и охраны труда при изготовлении детали.
82728. Французские Просветители. Жан –Жак Руссо и Шарль Луи Монтескье 360.5 KB
  В типологической полифонии жанров публицистических и художественных в извечном и изнурительном споре между амбициозной беллетристической и безыскусно взрывной публицистической особое место и роль скромная, но чрезвычайно функциональная принадлежит серии художественно - публицистических видов...
82729. Организация расчетно-кассового обслуживания корпоративных клиентов (на примере ЗАО МКБ «Москомприватбанк») 970 KB
  Современная экономика любого государства представляет собой широко разветвленную сеть сложных отношений миллионов входящих в нее хозяйствующих субъектов между собой, а также с внешними агентами из других стран.
82730. Совершенствование механизма управления муниципальным имуществом г.п. Михнево 2.58 MB
  Актуальность темы исследования заключается в том, что процесс социально-рыночной трансформации в России внес наиболее значительные изменения в отношения собственности как основы хозяйственной системы. Эти изменения произошли на всех уровнях хозяйствования: государства, региона, муниципального образования, организации.
82731. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТЬЮ ПРОДУКЦИИ ОРГАНИЗАЦИИ 1.15 MB
  Объектом исследования является ОАО Гомельобои Предметом исследования является оценка конкурентоспособности продукции организации Цель работы - разработка мероприятий по повышению конкурентоспособности продукции организации.
82732. Исследование, анализ и оценка возможностей и особенностей табличных процессоров 1.05 MB
  Как показала практика наибольшее применение получили такие программные системы как текстовые редакторы системы управления базами данных СУБД электронные процессоры электронные таблицы графические редакторы в том числе системы автоматизированного проектирования CD CM и коммуникационные программы.