高斯定理的理解——工程电磁场 P2~P5
证明:静电场是无旋场
根据斯托克斯公式上式等于
电位的引入
由于静电场是无源场,我们可以得到
又因为
再结合电场的物理意义,我们可以定义
功函数表达式的化简
原先功函数表达式
高斯定律的理解
不管是导体还是电解质,对于电场来说可以看作是一个又一个带电粒子
静电场中的导体
在受到电场作用的时候,此时导体的变化肯定是复杂的,并且会产生电流,此时就不再是静电场
(静电场需要满足 1.物理量不随时间变化 2.电荷没有运动)
但是很快就会进入到平衡状态
此时满足四个条件:
1.导体内部电场等于0
2.导体内部是等位体,导体表面也是等位面
3.电荷分布在表面
4.导体表面上只有电场的法向分量(电场的法向分量足够大的时候,会逸出,从而放电)
静电场中的电介质
电介质与导体的区别:所有的粒子被束缚在原子核周围(限制空间)
电介质分为两种
1.无极性分子电介质 没有电场的时候,不显电性,但是分子的正负电荷中心是重合的
一旦受到电场,会产生极化,正负电荷中心被拉开,我们称之为位移极化
2.有极性分子电介质 虽然正负电荷中心不重合,但是由于热运动,仍然随机无规则分布,不显电性
此时我们施加电场,将会重新排布,我们称之为转向极化
此时我们定义电极化强度
极化之后
此时电介质被极化,空间的电场将会由两部分组成
第一部分原先的电场,第二部分电介质所产生的电场
两者的合成我们称之为合成电场
此时根据电偶极子模型
电介质所产生的电位
结合
代入
结合公式
变换一下形式可以得到
代入
可以得到
利用高斯公式
可以得到
如果取
可以得到
由此我们就可以把电介质产生的电位等效成体电荷和面电荷产生的
此时我们引入各向同性和线性的电介质,进一步简化极化
使得电极化强度和电场无关,
E是合成电场的场强,此处只需要记得,关于为什么各向同性和线性的介质满足这个性质,暂时先不用管,当成一种模型记住
高斯定律的简化
结合高斯定律
我们引入电位移矢量
化简得
我们令,称为电介质的介质常数
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