М.И. Векслер, Г.Г. Зегря

Любая граница раздела двух сред может считаться плоской на достаточно малом участке. Кроме того, в пределах достаточно малого участка поле векторов , , можно считать однородным на каждой из сторон. Составляющие указанных векторов Dn, En, Pn, перпендикулярные к границе, называются нормальными, а , , , параллельные границе, - тангенциальными компонентами.

На незаряженной границе двух диэлектриков нормальные и тангенциальные компоненты преобразуются следующим образом:

(36)

Левое соотношение получается из теоремы Гаусса, примененной к области в форме очень тонкого параллелепипеда, серединной плоскостью которого является граница раздела диэлектриков. Для получения второго соотношения привлекается теорема о циркуляции

(37)

Контуром служит узкая прямоугольная рамка, плоскость которой перпендикулярна к границе раздела, рассекающей рамку пополам. Левая часть равенства есть , а правая равна нулю из электростатического уравнения Максвелла (). Эаметим, что теорема о циркуляции - это математический закон, применимый к любому векторному полю, как и теорема Гаусса.

Задача. Плоскость xy представляет собой границу раздела диэлектрик с проницаемостью ε1 (z<0) - воздух (z>0). Напряженность электрического поля в воздухе составляет E2, а вектор составляет угол θ с осью z и не имеет y-компоненты. Найти , в обеих средах и поверхностный связанный заряд. Вычислить также циркуляцию вектора по прямоугольному контуру длины L, лежащему в плоскости xz.

Решение: По условию,

откуда сразу

По правилам преобразования нормальных и тангенциальных компонент,

Dn1 = Dn2 = ε0E2cosθ

=

С учетом общего соотношения , получаем:

En1 =

=

Теперь можно полностью выписать в диэлектрике:

Поляризованность в воздухе отсутствует, а в диэлектрике:

=

=

При вычислении поверхностного связанного заряда нужна только нормальная компонента, а именно:

Вычисление циркуляции вектора даст

Знак выбирается в зависимости от напрaвления обхода контура. Заметим, что если бы мы считали циркуляцию , то получили бы ноль. Так как мы знаем с обеих сторон плоскости xy, (в области z<0 ) можно записать окончательный ответ для циркуляции:

Проверка выполнения законов преобразования компонент и на границе служит в некоторых случаях дополнительным "тестом" на корректность того или иного решения.

Задача. Часть площади плоского конденсатора заполнена диэлектриком ε1, другая часть ε2. Найти , в обеих частях конденсатора при приложении напряжения U. Расстояние между обкладками d.

Ответ:  всюду; и в 1-й и 2-й частях, соответственно. Направление полей - всюду перпеидикулярно плоскостям обкладок.

Комментарий: граница раздела диэлектриков перпендикулярна обкладкам. По обе стороны этой границы поле параллельно границе и одинаково по величине: нормальная к данной границе составляющая при этом вообще отсутствует. ............