Điện động lực học

Trường điện tĩnh, vật dẫn và điện môi

Điện trường tĩnh được xác định bởi điện tích; vật dẫn cân bằng có điện trường bên trong bằng không, còn điện môi phân cực khi đặt trong trường.

Tĩnh điện là giới hạn không phụ thuộc thời gian của điện từ học. Điện tích tự do tạo thông lượng điện dịch; điện tích liên kết được gói vào độ phân cực của vật liệu.

Diễn giải và hệ quả

Điều kiện biên: thành phần tiếp tuyến của E liên tục; thành phần pháp tuyến của D nhảy một lượng bằng mật độ điện tích tự do mặt σ_f.

Điều kiện $E_t$ liên tục và $D_{2n}-D_{1n}=\sigma_f$ suy ra cách trường phân bố ở mặt phân cách. Với mặt dẫn, lấy phía trong $E=0$ nên ngay ngoài bề mặt $E_n=\sigma_f/\varepsilon_0$ trong chân không; đây là cơ sở của hiệu ứng che chắn và sự tập trung trường tại các mũi nhọn.

Trong một điện môi, phân cực $P$ tạo điện tích liên kết thể tích $\rho_b=-\nabla\cdot P$ và điện tích mặt $\sigma_b=P\cdot\hat n$. Định luật Gauss cho $D$ chỉ chứa điện tích tự do vì ảnh hưởng vi mô của các lưỡng cực đã được gói vào $P$. Cần phân biệt cách viết vĩ mô này với phương trình $\nabla\cdot E=\rho_{\rm total}/\varepsilon_0$.

Tụ phẳng diện tích $A$, cách nhau $d$ và có điện môi đồng nhất minh họa sự phân biệt giữa $E$ và $D$. Bỏ qua hiệu ứng mép, $C=\varepsilon A/d$, $E=V/d$ và $D=\varepsilon E=Q_f/A$. Khi rút điện môi ra khỏi tụ cô lập, $Q_f$ không đổi nên $D$ không đổi còn $E$ tăng; nếu giữ hiệu điện thế bằng nguồn, $E$ cố định còn điện tích tự do thay đổi. Cần nêu rõ điều kiện điều khiển khi so sánh các trường hợp.

Trắc nghiệm nhanh