Электрическое поле смещения
-
Определение и роль электрического поля смещения
- Электрическое поле смещения (D) — векторное поле, важное в уравнениях Максвелла для описания электромагнитных эффектов.
- Объединяет поляризацию и электрическое поле, играет роль в емкости материалов и реакции диэлектриков на электрическое поле.
-
Поляризация и диэлектрики
- В материалах без центра инверсии (например, пьезоэлектриках) поляризация возникает из-за смещения зарядов.
- Магнитные поля могут вызывать поляризацию в некоторых материалах, это называется магнитоэлектрическим эффектом.
-
Закон Гаусса и плотность свободных зарядов
- Уравнение Гаусса связывает D с плотностью свободных зарядов, которые делают объем ненейтральным.
- В диэлектрике свободные заряды находятся на металлических пластинах, в полупроводниках и газах — на электронах и ионах.
-
Зависимость поляризации от электрического поля
- В линейных, однородных и изотропных средах поляризация линейно зависит от электрического поля.
- В анизотропных и неоднородных средах поляризация может зависеть от времени и положения.
-
История и применение
- Термин «электрическое поле смещения» введен Джеймсом Клерком Максвеллом в 1864 году.
- Оливер Хевисайд переформулировал уравнения Максвелла в современную форму, объединив их в отдельный набор.
- Уравнения Максвелла-Хевисайда широко используются в физике и электронике.
-
Пример поля смещения в конденсаторе
- В конденсаторе с бесконечными пластинами свободные заряды находятся только на металлических обкладках.
- Линии магнитного потока D пересекают конденсатор, и плотность заряда пропорциональна магнитному полю.
- Введение диэлектрика увеличивает емкость конденсатора, позволяя большему количеству свободного заряда удерживаться на пластинах.
Полный текст статьи: