相对论吧 关注:85,411贴子:1,190,761
  • 14回复贴,共1

电动力学一个问题,关于电介质bound charge的问题,在线等,求教

只看楼主收藏回复

我用的是Griffiths的书,书上166页开始认为电解质的电势是所有pure dipole所产生的电势的加和(我在这里理解为近似,因为毕竟没有pure dipole),推出了V=一个面积分+一个体积分,然后定义了surface bound charge=P点乘n,volumn bound charge=-divP,到这里还都没问题,因为bound charge还只是定义。
但是在170页他用了一节来讲前面的surface bound charge和volumn bound charge虽然是定义来的,但就是真实的外表面感应出的面电荷密度,另一个也是真实的感应体电荷密度。
那么矛盾出来了,最初用pure dipole的时候是近似,但是最后得到的两个积分式子却是精确的,因为这时候的两个积分就相当于我们知道电荷分布,然后求电势。
请问这个矛盾怎么回事,我哪里想错了,还是忽略了书上证明里面某些可以推出最终结果也是近似值的内容?谢谢大家~求教



1楼2012-04-11 00:59回复
    @inempty
    有空的话麻烦帮忙看一下这个问题吧~谢了~


    2楼2012-04-11 01:15
    回复
      2026-02-13 11:49:13
      广告
      不感兴趣
      开通SVIP免广告
      @inempty


      3楼2012-04-11 01:17
      回复
        这就是一个模型,真实情况与之不尽相同。


        4楼2012-04-11 02:00
        回复
          这些所谓的 "精确" 都是形式上的. 事实上电介质中某一点的电场是取一块围绕该点的 "宏观够小, 微观够大" 的体积, 将体积内的电场平均之后, 定义为该点的电场. 将宏观体积切割成许多满足以上条件的小格子, 则可定义每一块小格子内的电场. 然后我们用内插法将这些格点的电场值平滑的连接起来, 就定义成连续变化的宏观电场了. 其他介质中的物理量也是这样定义的. 这会让你有 "精确" 的错觉. 事实上, 这样定义的电磁场抹去了小尺度与短时间的涨落.


          5楼2012-04-11 21:37
          回复
            多谢老师,不过我还是有些疑问。
            我理解的您的意思是说,这些所谓的“精确”相对于真实世界的机制都是近似的对吗?但是我上面提到的矛盾,并不是在与实际的实验结论的对比中出现的,也不是在与电介质真实的机制的对比中出现的,而是在纯理想的模型下,模型自身出现了矛盾。
            矛盾在于,最初由对pure dipole的电势积分,得到了电介质的电势,分成两部分,一个是面bound chare,一个是体bound charge。
            然后Griffiths说他可以证明这两部分就是“实际的”(这里的实际就是说在理想模型下,不考虑真是机制)bound charge,而且我也认为在理想模型下,数学上来说,这个证明没问题。
            不过从最终形式上来看,那两个积分,一个是已知面电荷密度求电势,另一个是知道体电荷密度求电势,对于一个电介质来说,这就应该是它的“真实”电势(理想模型下),因为这时已经不用管dipole是不是pure的了。但问题是这两个积分的和却等于最初的对pure dipole的积分,但这却是近似的(对于理想模型)。这不是很奇怪吗


            6楼2012-04-11 22:29
            回复
              其实它们都是近似的, 而在忽略电荷的微小位移导致的高阶误差项 (比如电四极矩) 的这种精确度的要求下, 都可视为是足够精确的.
              其实 pure dipole 与 real dipole 的主要差别就是电四极矩, 而这个东西在公式中并没有出现.


              7楼2012-04-11 22:54
              回复
                这正是我说的矛盾所在,最初就是忽略了四阶以上的电矩
                但是最后得出的式子中并未忽略四阶以上的电矩啊
                从最初来看,如果我们知道sigema和rou的话,不需要pure dipole的近似,直接求电势的话不也和上面的式子是一样的吗?


                8楼2012-04-11 23:05
                回复
                  2026-02-13 11:43:13
                  广告
                  不感兴趣
                  开通SVIP免广告
                  再说详细点,就是说现在我的问题变成了我有一个电介质被极化了,然后我知道它的面电荷密度也知道它的体电荷密度,那么想求电势,那先用高斯定律求电场,然后积分求电势,最终和上面那个公式不是一模一样吗?
                  Griffiths特意用一节来强调了那个被定义出来的sigema和rou的在模型中的真实物理意义,如果他是正确的的话(理想模型中)也就是说最后那个式子并未忽略高阶矩呀


                  9楼2012-04-11 23:11
                  回复
                    我反问你一个问题好了. 一块电介质有一个明确的几何表面吗 ? 你认为这里的 "面电荷密度" 的电荷真的是分布在一个无厚度的表面上吗 ?


                    10楼2012-04-11 23:16
                    回复
                      这个式子真正的意思是: 精确到电偶极矩, 原来的式子与最后的式子相等.


                      11楼2012-04-11 23:19
                      回复
                        嗯,这个问题我确实想过,我学到这里的时候,这个问题我就一直归结到了面电荷密度上,就没再管它。
                        不过对于他的矛盾在哪我还是不是很清晰。
                        我会在下面详细地说一下我的理解,可能有点长,您改天方便的话希望能再看一下,毕竟很晚了,我还是觉得有问题,多谢了


                        12楼2012-04-11 23:34
                        回复
                          我想我明白了,谢谢您先~
                          我觉得是我理解错了他所用的模型。我起先认为他计算的模型是这样的,电矩和电矩间是有间隔,电矩也不是纯的。不过当他定义了P=p*dτ的时候,这就要求P在每一个点都要有值(至少是无限个δ函数),但是这时对于非纯电矩就说不通了,因为如果这个点在两个正负电荷之间,或者正负电荷上,是没法定义这个点的电矩密度的,所以他在用微分形式的时候,就只能描述pure dipole的模型了,至于电矩之间的间距存不存在都可以,有间距的话,那么P一定是不连续的点分布,没间距的话P就是连续的函数。然后对于面电荷密度,我认为在其模型下是可以存在的,只要把物体最外层的边界定义在最外面的纯电矩的正负电荷之间。对于体电荷密度,它的产生是因为如果电矩分布不均匀,虽然离中心的不同距离的电荷量都相同,但是密度变了,本来应该是“一层负电荷”“一层负电荷”交替的排列,但是由于我们的模型已经是pure dipole了,就相当于在那个有dipole的位置由于密度的变化留下了能产生相同电场分布的性质的静电荷。这样对于连续的P的情况,定义体电荷密度没问题。对于间断的P,我们可以考虑存在有间距的散点分布的电矩,如果能证明这时候根据-divP取体电荷密度得到的电场分布,和直接计算这些电矩的场分布答案相同,呢么就业适用于间断的P。无论可否,至少对于电矩是纯的,电矩间无间距的模型来讲,不存在我之前所说的矛盾了。再次谢谢您跟我讨论这个问题~


                          13楼2012-04-12 01:03
                          回复
                            你想得很深入. 这类问题是不容易讲清楚的, 但并不是不重要. 当你想清楚后, 对於这类模型在什麼条件下适用, 何时变成不适用, 就会有一个概略的了解.


                            14楼2012-04-12 07:51
                            回复
                              2026-02-13 11:37:13
                              广告
                              不感兴趣
                              开通SVIP免广告
                              还是有点云里雾里。。。


                              IP属地:日本15楼2012-04-12 13:49
                              回复