请给出两均匀介质分界面上电磁场量的普遍边值关系;若分界面为两无自由电荷的绝缘介质分界面结果如何?两导电介质分界面结果如何?带电金属表面结果如何?
时间: 2023-06-20 14:07:01 浏览: 404
1. 两均匀介质分界面上电磁场量的普遍边值关系:
设在两均匀介质分界面上,电磁场量的法向分量分别为 $E_{1n}$ 和 $E_{2n}$,切向分量分别为 $E_{1t}$ 和 $E_{2t}$,磁场分量分别为 $H_{1n}$ 和 $H_{2n}$,则它们之间的边值关系为:
$$
\begin{aligned}
&E_{1n} - E_{2n} = \frac{\sigma}{\varepsilon_0},\\
&E_{1t} - E_{2t} = 0,\\
&H_{1n} - H_{2n} = \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left(\frac{1}{\mu_0}\right),\\
&H_{1t} - H_{2t} = 0,
\end{aligned}
$$
其中,$\sigma$ 是分界面上的面电荷密度,$\varepsilon_0$ 和 $\mu_0$ 分别是真空中的电容率和磁导率,$\mathrm{d}/\mathrm{d}x$ 表示在分界面上沿法向方向的偏导数。
2. 两无自由电荷的绝缘介质分界面结果:
在两无自由电荷的绝缘介质分界面上,没有自由电荷存在,因此 $\sigma=0$,边值关系简化为:
$$
\begin{aligned}
&E_{1n} - E_{2n} = 0,\\
&E_{1t} - E_{2t} = 0,\\
&H_{1n} - H_{2n} = 0,\\
&H_{1t} - H_{2t} = 0.
\end{aligned}
$$
即,在两无自由电荷的绝缘介质分界面上,电场和磁场的法向和切向分量都连续。
3. 两导电介质分界面结果:
在两导电介质分界面上,不考虑表面电荷的情况下,可以将两侧的金属看作理想导体,即电场必须垂直于导体表面,因此 $E_{1t}=E_{2t}=0$,边值关系简化为:
$$
\begin{aligned}
&E_{1n} - E_{2n} = \frac{\sigma_s}{\varepsilon_0},\\
&H_{1n} - H_{2n} = \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left(\frac{1}{\mu_0}\right),
\end{aligned}
$$
其中,$\sigma_s$ 是分界面上的面电荷密度,它是由金属内部自由电子在金属表面聚集形成的。
4. 带电金属表面结果:
对于带电金属表面,金属内部存在自由电荷,并且电场必须垂直于导体表面。因此,边值关系为:
$$
\begin{aligned}
&E_{1n} - E_{2n} = 0,\\
&H_{1n} - H_{2n} = \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left(\frac{1}{\mu_0}\right).
\end{aligned}
$$
这意味着在带电金属表面上,磁场的法向分量不连续,而电场的法向分量是连续的。
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