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Lesson 7 静电唯一性定理

2025年10月9日 15:02

上节课说到对于静电问题,电荷不移动,没有电流、没有磁场、没有磁场的变化,也就没有感生电场. 这时电场是一个无旋场,是保守的. 我们在静态的条件下得到了介质的有关边值关系,等等.

边值关系:

n^12×(E2E1)=0,n^12(D2D1)=σf\hat{n}_{12}\times(\vec{E}_2-\vec{E}_1) = 0\,,\quad\hat{n}_{12}\cdot(\vec{D}_2-\vec{D}_1)=\sigma_f

其中 σf\sigma_f 是界面上的 自由 电荷面密度. 现在我们要将这些方程化为 φ\varphi 的方程,以作为 Poisson 方程的边界条件. 在界面上作一个矩形环路,环路的两条长边无限接近于界面 (宽度趋于零),积分环路上的电场可以得到电势的边值关系为

φ1=φ2\varphi_1=\varphi_2

(电势连续) 同理可以对 D\vec{D} 做环路积分,得到

ε2φ2n^+ε1φ1n^=σf\varepsilon_2\frac{\partial\varphi_2}{\partial\hat{n}}+\varepsilon_1\frac{\partial\varphi_1}{\partial\hat{n}}=\sigma_f

除了介质之外,静电场还涉及导体这一种特殊的物质. 导体内部不存在稳态电场,达到静电平衡的速度很快.

Poisson 方程:

2φ=ρε\nabla^2\varphi=-\frac{\rho}{\varepsilon}

如果研究的区域没有自由电荷,则化为 Laplace 方程,为 2φ=0\nabla^2\varphi=0. 对于一个有固定自由电荷分布的问题,可以通过叠加原理,先写出我们已知的电荷分布产生的电势分布,减去这一部分之后剩下的就是我们要解的方程,这可能是一个 Laplace 方程,问题被简化.

这节课要讨论的是:...

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