位移有什么作用_位移有什么意义呢?

位移有什么作用_位移有什么意义呢?电极化强度矢量与电位移矢量有什么实在意义吗?学到这的时候感觉挺难理解的。。。。电极化强度表明电介质在某一点单位体积的偶极矩。电位移矢量,是我们构建的一个辅助场。OK,建立一下线性电介质的物理描述,这里我第一次学的时候就迷糊的很,所以我打算写一下我建立思路的过程。首先,怎么描述极化?我们先不

电极化强度矢量与电位移矢量有什么实在意义吗?
  学到这的时候感觉挺难理解的。。。。

  电极化强度表明电介质在某一点单位体积的偶极矩。

  电位移矢量,是我们构建的一个辅助场。

  OK,建立一下线性电介质的物理描述,这里我第一次学的时候就迷糊的很,所以我打算写一下我建立思路的过程。

  首先,怎么描述极化?我们先不考虑外场,只考虑一个纯粹的电极化的物体,怎样描述这个物体的电极化程度呢?用偶极矩!我们把极化电介质分为很多的偶极子,只要知道每一点的偶极矩,自然就求出了电势,从而求出电场,下面写出公式:

  \overset{\rightharpoonup }{p}=\int \rho \overset{\rightharpoonup }{r'} \text{dV}'

  这是偶极矩的定义,已知偶极矩,求得偶极项电势的方法是:

  位移有什么作用_位移有什么意义呢?位移有什么作用_位移有什么意义呢?偶极矩项贡献的电势

  OK,你已经完全描述了一个电介质的电势场(所有偶极子的电势叠加),把它在连续的空间里求和,就要引入单位体积的偶极子,这就是电极化矢量,是不是很自然?位移有什么作用_位移有什么意义呢?位移有什么作用_位移有什么意义呢?电介质极化贡献的电势

  那现在,P矢量已经定义好了,再经过一点矢量分析,我们得到了结论,P矢量的散度是极化电荷体密度的负值。所以我们既可以认为是每一点的偶极子产生的电势,也可以认为是极化产生的净电荷产生的电势。但是两种不能同时用!位移有什么作用_位移有什么意义呢?位移有什么作用_位移有什么意义呢?位移有什么作用_位移有什么意义呢?位移有什么作用_位移有什么意义呢?位移有什么作用_位移有什么意义呢?位移有什么作用_位移有什么意义呢?一点矢量分析后,物理意义也就明显了。注意过程中那个nabla是对源点而非对场点,因为P矢量是源点的函数,积分也是对源的积分

  有了这个 \overset{\rightharpoonup }{P} 的定义后,我们就开始琢磨, \overset{\rightharpoonup }{P} 是怎么来的呀?当然是电场造成的,最简单的模型是线性电介质,也就是 \overset{\rightharpoonup }{P}\overset{\rightharpoonup }{E} 满足关系 \overset{\rightharpoonup }{P}= \chi _e\epsilon _0 \overset{\rightharpoonup }{E} ,这样,理论上给你一个随意形状的电介质你都应该知道怎么解出电场了!

  接下来要做些数学上的简化,就如同另一位答主所说,和做辅助线一个道理:

  \overset{\rightharpoonup }{D}=\overset{\rightharpoonup }{P}+\epsilon _0 \overset{\rightharpoonup }{E}

  \nabla \cdot \overset{\rightharpoonup }{D}=\rho _{\text{TOT}}-\rho _b=\rho _{\text{free}}

  这样的D的散度只和自由电荷有关,另外,D矢量场还可以与E有关联:

  \overset{\rightharpoonup }{D}= \chi _e\epsilon _0 \overset{\rightharpoonup }{E}+\epsilon _0 \overset{\rightharpoonup }{E}=\epsilon  \overset{\rightharpoonup }{E} (只对于线性介质, \epsilon 是介电常数)

  这样,我们可以借用辅助场D知道E的散度,而不是直接求D。

  根据矢量分析的一个定理,你知道一个矢量场的散度和旋度时,并且有一个边界条件,你就可以唯一确定这个场。而D的旋度不具有物理意义,不好计算,所以你不能直接求D场。不过引入这个辅助场的好处还是有的,比如 \nabla \cdot \overset{\rightharpoonup }{D}=\nabla \cdot (\epsilon  \overset{\rightharpoonup }{E})=\rho _{\text{free}}

  这就找到了E的的散度,另外在没有自由电荷的介质边界上, \nabla \cdot \overset{\rightharpoonup }{D}=0 ,可以将其化作导数

  \frac{\partial D_n}{\partial n}=0

  \overset{\rightharpoonup }{e_n}\cdot(\epsilon_1  \overset{\rightharpoonup }{E_1}-\epsilon_2  \overset{\rightharpoonup }{E_2})=0

  \overset{\rightharpoonup }{e_n} 是边界上的法矢,下标1和下标2对应不同介质。

  如果你接触过泊松方程的话,你就知道,求解场的关键是求解电势的泊松方程。我们要求的量直接与E场相关,而D场只是辅助求一下边界条件之类的。

  第一次写这么长,逻辑可能不太清晰,欢迎dalao提出宝贵意见

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