為什麼穿過介質中某一閉合曲面S的極化強度P的通量等於S面所包圍的體積內的極化電荷總量的負值?

時間 2021-10-19 04:42:40

1樓:鐵瞳

下面分別從物理解釋和數學手段兩方面來談談理解。

首先從物理層面,以下敘述是乙個極化過程。考慮在非極性電介質(未極化的)表面有一假想面元Δs外加乙個Δs的法向電場即會導致束縛電荷沿電場方向分離,不妨設產生乙個距離d,相當於:正電荷+q沿電場方向移動了d/2,負電荷在相反的方向上移動了d/2。

那麼在電場方向上穿過Δs的總淨電荷ΔQ為穿過的總正電荷和總負電荷之和,設單位體積的分子數為n,即ΔQ=nqdΔs。若電場方向不垂直於Δs,則理所當然的求其數量積,具體如下

在對②式積分前,需要說明的是,對於包圍體積V的面S,積分得到的Q'是由極化產生並流出V的總通量,即總的淨電荷量。看上圖一種情形,可以想象,極化過程相當於正電荷流出了面S,通量為正,相對的,在面S內則存在負電荷,即體積V內含淨電荷為上述積分的負值。故最後一行的Q為體積V內的淨電荷,實際上,該Q為極化電荷。

從數學上大致推導如下

可以看出,極化電介質可以等效為乙個極化電荷面密度ρ(ps)和極化體電荷密度ρ(p)。自然得出體積V內的電荷為該極化體電荷密度的體積積分,由於孤立系統電中性,極化後總電荷為0。

以上為個人理解。

2樓:Ex Stan

倒也不是這麼說,你其實可以根據高斯定理和介質中的高斯定理推導出來,至於高斯定理的推導,你可以看看電磁學上對高斯定理的證明

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