Сопромат
Электротехника
Курсовая
Типовой
Фото
Энергетика
Геометрия
Физика

Лекции

Математика
Искусство
Контрольная

Курс

Примеры
Архитектура
На главную

Поляризация диэлектриков. Теорема Гаусса для вектора Условия на границе двух диэлектриков начало


Условия на границе двух диэлектриков

Рассмотрим поведение векторов E и D на границе раздела однородных изотропных диэлектриков.

Рис. 5.5

Для установления связи между тангенциальными составляющими вектора E по обе стороны границы воспользуемся теоремой о циркуляции вектора E. Выберем контур небольшой длины l, как показано на рис. 5.5 и в предположении, что векторы E1 и E2 с обеих сторон границы постоянны в пределах контура, запишем на основании этой теоремы

 

 

E2t + E1t' + C' = 0

(5.27)

где проекции вектора E взяты в непосредственной близости от границы раздела на направление обхода контура, указанное на рисунке стрелками, а C' - вклад в циркуляцию от перпендикулярных к границе сторон контура. В пределе при стремящейся к нулю высоте контура этим вкладом можно пренебречь и тогда

E2t + E1t' = 0

(5.28)

Если внутри диэлектрика 1 проекцию вектора E взять не на орт t', а на общий орт t, то так как E1t' = -E1t , то получим

E2t - E1t = 0

(5.29)

или

E2t = E1t

(5.30)

Иными словами, тангенциальная составляющая вектора E одинакова по обе стороны границы раздела.

Заменив согласно (5.26) проекции вектора E проекциями вектора D, деленными на eoe, получим

(5.31)

откуда

(5.32)

Обратимся теперь к нормальной составляющей вектора D. Воспользуемся для этого теоремой Гаусса для этого вектора. Выбирая поверхность интегрирования как показано на рис. 5.4 и следуя тем же рассуждениям, которые привели к выражению (5.18), получим

D2n - D1n= s

(5.33)

Из этого соотношения следует, что при наличии на границе раздела стороннего заряда с поверхностной плотностью s нормальная составляющая вектора D терпит разрыв. При отсутствии стороннего заряда на границе

D1n = D2n

(5.34)

Нормальные составляющие вектора E с разных сторон границы раздела относятся тогда на основании (5.26) , как

(5.35)

 

Рис. 5.6

Как следует из полученных соотношений (5.30) и (5.35) нормальная и тангенциальная составляющие вектора E на границе раздела ведут себя по разному. В результате линии вектора E испытывают преломление (рис. 5.6). Найдем соотношение между углами a1 и a2 для случая, когда сторонних зарядов на границе раздела нет. Как видно из рисунка

(5.36)

Отсюда на основании (5.30) и (5.35) получаем

(5.37)

Если на среда 1 - проводник, а 2 - диэлектрик, то из соотношения (5.33) следует, что

Dn =s,

где n - внешняя к проводнику нормаль. Действительно, т.к. в проводнике E=0, то и P=0. Тогда, так как D = e0E+P, то и D1n =0.

Если к заряженному проводнику прилегает однородный диэлектрик, то на границах диэлектрика выступают связанные поверхностные заряды. Найдем их поверхностную плотность s'. Следуя рассуждениям, которые привели к выводу соотношения (4.1), в данном случае получим для нормальной составляющей вектора E

(5.38)

Но

(5.39)

С учетом (5.39) из (5.38) получим

(5.40)

Справочник