Граничные условия для векторов напряженности электрического поля и электрического смещения

Можно показать, что линии смещения при переходе через границу диэлектриков не претерпевают разрыва. Поместим в однородное поле две сложенные вместе плоскопараллельные пластины из разных диэлектриков (рис.1.2.7). Сторонних зарядов на границе раздела нет. Возникшие на поверхностях пластин связанные заряды создают внутри каждой пластины перпендикулярное к ее поверхностям поле . В первой пластине напряженность этого поля равна , во второй . В сумме с нормальной составляющей напряженности поля свободных зарядов вектор дает нормальную составляющую результирующего поля в пластинах. Векторы и коллинеарны, поэтому нормальные составляющие вектора напряженности в диэлектриках соответственно равны:

(1.2.15)

В направлении касательной к поверхности раздела никакого дополнительного поля не создается, поэтому тангенциальная составляющая вектора при переходе через границу не меняется:

. (1.2.16)

Поверхностная плотность связанных зарядов, как следует из выражения (1.2.6), определяется нормальной составляющей результирующего поля в данной пластине: .

Подставив и в формулу (1.2.15), имеем

(1.2.17)

Из выражений (1.2.16) и (1.2.17) следует, что при переходе через границу раздела двух диэлектриков нормальная составляющая напряженности поля изменяется скачком (терпит разрыв), а тангенциальная составляющая остается без изменений.

Умножим выражения (1.2.16) и (1.2.17) на и соответственно, получаем

(1.2.18)

Из формул (1.2.18) видно, что при переходе через границу раздела диэлектриков тангенциальная составляющая вектора меняется качком, а нормальная составляющая остается без изменений:

(1.2.19)

Это равенство указывает на непрерывность линий смещения. Действительно, количество линий электрического смещения, пронизывающих площадку , равно , следовательно, к площадке, расположенной на границе раздела диэлектриков, приходит из первого диэлектрика количество линий . От этой же площадки уходит во второй диэлектрик количество линий . Так как , то и . Таким образом, линии электрического смещения не заканчиваются и не начинаются на границе раздела, т.е. проходят через нее, не претерпевая разрыва при условии, что на границе раздела нет сторонних зарядов.

Условие (1.2.19) справедливо и для границы диэлектрик-вакуум.

На границе раздела диэлектриков линии вектора терпят излом (преломляются, рис. 1.2.8), и угол между нормалью к поверхности раздела и линией изменяется: получаем закон преломления линий электрического смещения: . При переходе в диэлектрик с меньшей диэлектрической проницаемостью ε угол уменьшается.