Студопедия
Случайная страница | ТОМ-1 | ТОМ-2 | ТОМ-3
АрхитектураБиологияГеографияДругоеИностранные языки
ИнформатикаИсторияКультураЛитератураМатематика
МедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогика
ПолитикаПравоПрограммированиеПсихологияРелигия
СоциологияСпортСтроительствоФизикаФилософия
ФинансыХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника

Уравнения Максвелла в диэлектрике

Прочность металлов | Дислокации и рост кристаллов | Тензор поляризуемости | Преобразование компонент тензора | Эллипсоид энергии | Другие тензоры; тензор инерции | Векторное произведение | Тензор напряжений | Тензоры высших рангов | Четырехмерный тензор электро­магнитного импульса |


Читайте также:
  1. Алгоритм нахождения общего решения линейного однородного дифференциального уравнения второго порядка с постоянными коэффициентами .
  2. Волны в диэлектрике
  3. Вопрос № 5. Проводники и диэлектрике, в электрическом поле.
  4. г) составить уравнения касательной плоскости и нормали к поверхности в точке .
  5. где - частное решение неоднородного, а - общее решение соответствующего однородного уравнения.
  6. Главные уравнения ПТУ 2-го рода
  7. Дифференциальные уравнения в частных производных

Наличие в веществе поляризации означает, что там возни­кают поляризационные заряды и токи, которые необходимо учитывать в полных уравнениях Максвелла при нахождении полей. Сейчас мы собираемся решать уравнения Максвелла для случая, когда заряды и токи не равны нулю, но неявно опреде­ляются вектором поляризации. Нашим первым шагом должно быть явное нахождение плотности зарядов r и плотности тока j, усредненных по тому же самому малому объему, который имел­ся в виду при определении вектора Р. Потом необходимые нам значения r и j могут быть определены из поляризации. В гл. 10 (вып. 5) мы видели, что когда поляризация Р меняется от точки к точке, то возникает плотность зарядов:

rпол=-Ñ• Р. (32.9)

В то время мы имели дело со статическими полями, но эта же формула справедлива и для переменных полей. Но когда Р изменяется со временем, заряды движутся, так что появляется поляризационный ток. Каждый из осциллирующих зарядов вносит в ток свой вклад, равный произведению его заряда qe на скорость v. Когда же таких зарядов в единице объема N штук, то они создают плотность тока j:

j =Nqe v.

Ну а поскольку известно, что v=dx/dt, то j=Nqedx/dt, что как раз

равно dP/dt.Следовательно, при переменной поляризации воз­никает плотность тока

j пол = d P /dt (32.10)

Наша задача стала теперь простой и понятной. Мы пишем уравнения Максвелла с плотностями заряда и тока, определяе­мыми поляризацией Р посредством уравнений (32.9) и (32.10). (Предполагается, что других зарядов и токов в веществе нет.) Затем мы свяжем Р с Е формулой (32.5) и будем разрешать их относительно Е и В, отыскивая при этом волновое решение.

Но прежде чем приступить к решению, мне бы хотелось сде­лать одно замечание исторического характера. Первоначально Максвелл писал свои уравнения в форме, отличающейся от той, в которой они используются нами. И именно потому, что урав­нения писались в другой форме в течение многих лет (да и сей­час многими пишутся так), я постараюсь объяснить вам разни­цу. В те дни механизм диэлектрической проницаемости не был понятен с ясностью и полнотой. Не была ясна ни природа ато­мов, ни существование поляризации в веществе. Поэтому тогда не понимали, что Ñ• P дает дополнительный вклад в плотность заряда р. Были известны только заряды, не связанные в атомах (такие, как заряды, текущие по проводу или возникающие при трении).

Сегодня же мы предпочитаем обозначать через r полную плотность зарядов, включая в нее и заряды, связанные с инди­видуальными атомами. Если назвать эту часть зарядов rпол, то можно написать

r=rпол+rдр,

где rдр— плотность зарядов, учтенная Максвеллом и относя­щаяся к другим зарядам, не связанным с определенными атомами. При этом мы бы написали

 

 

После подстановки rпол из (32.9) получаем

 

 

или

 

 

В плотность тока, фигурирующую в уравнениях Макс­велла для ÑX B, вообще говоря, тоже вносится вклад от связанных атомных электронных токов. Поэтому мы можем написать

j = j пол+ j др,

причем уравнение Максвелла приобретает вид

 

 

Используя уравнение (32.10), получаем

 

Теперь вы видите, что если бы мы определили новый вектор D

D =e0 E + P, (32.14)

то два уравнения поля приняли бы вид

Ñ• D =rдр (32.15)

и

 

 

Это и есть та форма уравнений, которую использовал Мак­свелл для диэлектриков. А вот и остальные два уравнения:

 

ÑX Е =- д B / д t

и

Ñ• B =0,

которые в точности совпадают с нашими.

Перед Максвеллом и другими учеными того времени вставала проблема магнетиков (за них мы вскоре примемся). Они ничего не знали о циркулирующих токах, ответственных за атомный магнетизм и поэтому, в плотности тока утеряли еще одну часть. Вместо уравнения (32.16) они на самом деле писали

 

 

где Н отличается от e0с2 В, так как последнее учитывает эффекты атомных токов. (При этом j' представляет то, что осталось от то­ков.) Таким образом, у Максвелла было четыре полевых век­тора: Е, D, В и Н, причем в D и Н скрывалось то, на что он не обратил внимания,— процессы, происходящие внутри вещест­ва. Уравнения, написанные в таком виде, вы встретите во мно­гих местах.

Чтобы решить их, необходимо как-то связать D и Н с дру­гими полями, поэтому зачастую писали

D =eE

и

В=mH. (32.18)

Однако эти связи верны лишь приближенно для некоторых ве­ществ, и то лишь когда поля не изменяются слишком быстро со временем. (Для синусоидально изменяющихся полей зачастую можно писать уравнения таким способом, считая при этом e и mкомплексными функциями частоты, но для произволь­ных изменений поля со временем это неверно.) На какие только ухищрения не пускаются ученые, чтобы решить уравнения! А мне кажется, что правильнее всего оставить уравнения запи­санными через фундаментальные величины, как мы понимаем их теперь, т. е. как раз то, что мы и проделали.


Дата добавления: 2015-08-20; просмотров: 82 | Нарушение авторских прав


<== предыдущая страница | следующая страница ==>
Поляризация вещества| Волны в диэлектрике

mybiblioteka.su - 2015-2024 год. (0.008 сек.)