均匀电场中电介质椭球与电介质极化

均匀电场中电介质椭球与电介质极化潘留仙，徐勇，黄瑞霖（湖南益阳师专）（西南交通大学成都）１引言均匀电介质处于匀强电场凡中时，电介质被极化，其介质表面出现束缚的极化电荷。这—些束缚电荷和自由电荷一样，在其周围空间产生一个附加场。这时空间任一点的场强为对...     

束缚电荷特性的实验演示

电介质表面在极化过程中产生束缚电荷,束缚电荷与自由电荷有明显的区别,通过一系列的实验,演示了束缚电荷既不能离开电介质,也不能在电介质中自由移动,也就是“束缚”的特性。     

进行启发式的课堂练习, 加深物理概念的理解

由于教材内容多和课堂教学时间少的矛盾,在普通物理静电场部份的教学中,我们讲解用高斯定理计算电场强度E和电位移D时,只讲了平行板电场、均匀带电球面的电场,“无限长”均匀带电园柱面的电场等几种特例,不能做更多形式的电场的分析,学员往往不善于针对各种特殊情况作出相应的高斯面。此外,在电介质中的电场部份,由于主要分析了平行板电容器中与板面平行地插入一层或两层电介质的场强E、电位移D的情况,缺少对比教学的内容,学员容易笼统地形成一种在两种电介质中D是相等的E是不相等的错误印象,而这个结论的前提条件往往被忽略了(即这时介…     

介质球极化强度矢量的辨析

问题的提出:将一介电常数为ez,半经为a的介质球置于均匀外场E0中,若球外充满另一介电常数为e1的介质,求球内、外的电场,进而讨论介质球的极化强度矢量.很显然,球内、外的电场是原来的均匀电场与球面上极化电荷的场的叠加,用分离变数法容易求得叠加后球内电场仍为均匀场　　　　　　　,而球面上极化电荷在球外的场则等效于一个位于球心、电矩 的电偶极子所激发的.由于球内的场是均匀的,介质球的极化也是均匀的,因此在有的教科书[1]和参考书[2]中,得出介质球的极化强度矢量 必须指出,用(1)式来表示介质球的极化强度矢量是错误的.因为电矩 是…     

余弦分布球面电荷的电场

用电场的迭加原理及等效变换法则，可给出真空中具有余弦分布球面电荷的电场公式． 若在匀强电场的无限大介质中引入另一均质介质球（包括挖成一个球形空腔），或引入一个导体球，则球面上的束缚电荷或自由电荷均属于余弦型分布．运用静电场边值条件（Ｄ１ｎ＝Ｄ２ｎ），可决定相应的电荷面密度的最大值σ０；从而求出相应情况下的电场分布．     

铁电体电子发射特性的实验

铁电体在高压脉冲或者激光脉冲的激励下发射电子。铁电体的极化方向处在预极化(通过外部的条件，改变畴方向，使畴沿着一定的方向)方向，正、负束缚电荷等量的分布于与极矩相对的两表面上，这些电荷与外部空间的粉尘等所带的电荷中和，宏观上不表现出带电性；在负的束缚电荷聚集的表面加负高压脉冲，这时负的束缚电荷与负的自由电荷互相排斥，电荷与负的自由电相排斥，使畴的极化方向发生反转。反转后负的束缚电荷与岁的自由电荷之间形成很强的电场，可以达到GV／cm，在这一强电场作用下，负的自由电荷被排斥，离开铁电体表面，形成电子发射。     

电位移矢量D仅与自由电荷分布有关的条件

本文用比较便于接受的方法从理论上导出 D 仅取决于自由电荷分布的充分条件,同时得出此时 D=ε_0E_0。的结论.     

电场边值关系的演示

一、电分质分界面上电场的变化由于电场中电介质的极化,使得电介质界面处电场发生变化。电场在介质界面处的边值关系为 D_(1n)=D_(2n) E_(1t)=E_(2t) D_(1t)/ε_1=D_(2t)/ε_2 ε_1E_(1n)=ε_2E_(2n) (1) 很容易由(1)式及E=D/ε导出     

等效思想在静电学中的一个应用

本文利用均匀极化的电介质球周围的电场与自由的余弦型球面电荷周围的电场完全等效这一思想,证明了带有余弦型球面电荷分布的电介质球壳发生均匀形变时,其内部的电场始终保持为方向恒定的均匀场,并进一步求出了带电球壳内电场强度和形变之间的关系.     

平板电容器介质中的矢量场

介绍了平板电容器真空及各向同性电介质中的电场，进一步计算了各向异性平板电容器电场中的电场强度、电位移矢量、电极化强度。根据计算的结果对平板电容器介质中的矢量场进行了力线描绘，说明了电介质矢量场的性质。并进一步比较了线性各向异性电介质与指数电介质对电场产生的影响。     

作用在平行板电容器中一片电介质的力

在一些物理学的教科书中,利用虚功原理计算了作用于插入平行板电容器的一片电介质的力.[1],[2]但没有从物理原因上进行分析.这就会产生这样的问题,即垂直方向的电场,怎么会有水平方向的力作用于电介质上?本文通过对于电介质受力的微观机制的分析,计算作用于这片均匀电介质的力.一、电介质受力的微观机制 在电场中的电介质要受到电场作用而极化.在平行板电容器的极板间,插入一片电介质,由于电容器边缘区不均匀电场的作用,电介质中极化的电偶极子排列也是不均匀的.图一是这种情况的示意图. 图一电容器的极板,在z方向宽w,x方向长为L. 在X=X0…     

也论电位移矢量D仅与自由电荷分布有关的条件

电位移矢量是一辅助矢量，它的引入为计算一些介质问题提供了方便．但由于普物中的静电场介质问题，绝大多数为均匀介质问题，这就使学生常常产生“电位移矢量仅与自由电荷分布有关”的误解．文献［１］对此问题作了说明，但其推导和结论都有些不足．本文试图给出Ｄ仅与电荷分布有关的一般条件式，并对各种电介质进行分析，最后对有关问题做出简略说明．     

结合高斯定理的应用,提高学生分析问题的能力

在讲解高斯定理的应用时,我认为引进下面的习题作为例题进行详细分析,或用来作为作业课供学生讨论用的练习题,对于提高学生分析具体问题的能力、加深对高斯定理内容的理解,并应用于求解D与E是很有益的. 习题:如图-1所示,一带电行Q的金属球壳沉浸在无限大的真空(ε0)与介电常数为ε的介质中,球的上半部为空气,下半部为介质,求: (1)球壳外各区域中任意点之D; (2)球壳外各区域中任意点之E; (3)球壳外各区域中任意点之电位V; (4)球面上各区域的自由面电荷密度的分布; (5)用拉普拉斯方程求解V,以验证(3)的结果.首先作如下的具体分析: (1)这里…     

关于均匀带电球面上电场强度的求解

由于均匀带电球面上的电场强度无法用高斯定理求出,现行大部分大学物理基础教材在讨论均匀带电球面产生的场强分布时,只用高斯定理求出了该带电系统内外空间电场的分布,并没有给出球面上场强的计算方法,只是指出在球面上场强值不连续.文章利用叠加原理和电容器能量的变化两种方法分别导出了均匀带电球面上任一点的场强值,验证了均匀带电球面的场强是不连续的,两种方法思路截然不同,但得到的结果完全相同,该结果使得高斯定理求出的均匀带电球面在空间电场分布的结论更加完整.     

矢量场类比法在电磁学教学中的应用探讨

电磁学是物理学的重要分支,但是学生总觉得这部分知识很难学,对于高斯定理和环路定理的理解也比较模糊.本文推广矢量场类比法,将矢量场类比为流体中的流速场,用水的流量类比为通量,流速沿环路的分量类比为环量.通过研究流体中的"起点"和"终点",类比为矢量场中"源"和"汇",用流体里的"漩涡"类比矢量场的"涡旋",并引出高斯定理和环路定理,让学生理解这些定理背后的物理含义.这种方法对后续学习电场强度通量、磁感应强度通量、电场线和磁感应线都有帮助,也有助于理解电场"有源无旋"和磁场"有旋无源"的性质.     

均匀电场中的椭球形导体

本文利用"一个均匀极化的电介质椭球,其表面的极化电荷在椭球内产生一个与极化方向严格相反的均匀电场"这个观点,以均匀极化的旋转椭球形电介质为模型,用类比的方法导出了均匀外电场中旋转椭球形导体表面电荷的分布规律.     

晶体中光传播的几个问题

一、晶体中的平面电磁波1.D0,E0,H0,K0,S0的几何关系 在本文中,我们只讨论电各向异性和磁各向同性的晶体,并且认为μ1,从而不考虑μ的影响. 众所周知,若晶体中传播着一平面单色波,令K0是波法线方向上的单位矢量,则由Maxwell方程可得它表明D,H,K0构成右手螺旋正交三矢族:H ×K0∞D.如果注意到能流密度的定义S=则 E,H,S0(以后用 S0表示S的方向上的单位矢量)也构成右手螺旋正交三矢族. 由于 D,E山介电张量 联系,D=E,这里为3×3矩阵,所以一般说来,D与E不平行,从而K0与S0不平行.但是,由于D K0,E,S0都与H垂直,所以 D,K0,E,S0共面,…     

电位移矢量D在什么情况下只与自由电荷分布有关

本文从静电场的场方程组出发，导出了Ｄ在均匀介质中仅与自由电荷分布有关；在非均匀介质中只有当电荷及其周围介质匹配得Ｄ有某种明显的对称性时，Ｄ才能仅与自由电荷有关．     

瓣形均匀带电面和均匀带电体在其球心处的电场

在大学物理课程电磁学部分的教学中,经常会利用高斯定理研究均匀带电球面、均匀带电球体等电荷分布具有高度对称性的带电体的电场分布.对于这些均匀带电球面、均匀带电球体的一部分,比如瓣形均匀带电面和瓣形均匀带电体,利用高斯定理不能求出其电场分布,但是可以利用点电荷的电场强度公式加电场叠加原理的方法研究在一些特殊位置的电场.本文推导出了瓣形均匀带电面和瓣形均匀带电体在特殊点球心处的电场,并且进一步讨论了均匀带电半球面、球面、半球体和球体在球心处的电场.     

均匀外电场中无限长介质圆柱壳的场分布的计算和讨论

用圆柱坐标系中的分离变量法计算了位于均匀外电场中的无限长介质圆柱壳各区域的电势和电场,由计算结果分析了无限长介质圆柱壳对外电场的屏蔽效果,并指出均匀外电场中的无限长导体圆柱壳、无限长介质圆柱体、无限长导体圆柱及无限大均匀电介质中开有一无限长的圆柱形空腔的电势和电场都可以由均匀电场中的无限长介质圆柱壳电势及电场给出.