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    电通量的物理意义到底如何理解才能既准确而又比较直观

    2020-01-03 14:41:31

    大约1837年,英国皇家学会的法拉第对静电场以及静电场与各种绝缘物质的相互作用非常感兴趣,于是设计了如下的实验:法拉第设计了如图所示的一大一小2个同轴球体,外面一个可以分成两个半球.将外层球体分开,给内部小球带上正电荷Q,然后用大约2cm厚的“理想”绝缘物质填充在两球之间的空隙中,用外层球体盖住.接下来,外层球体迅速接地使其不带电(放电),再小心地将外层大球分开为2个半球,然后再测量两个半球上感应出的负电荷.法拉第发现,外层球体感应出的电荷量等于内部小球体的电荷量Q,且与中间的绝缘物质的种类无关.他总结认为,有某种量(displacement)从内部球体流到外部球体上了,量的大小与绝缘层的种类无关.今天,这种虽然被绝缘物质隔离但是依然从内部球体流到外部球体上的量被称为displacementflux或电通量(electricflux).电通量用表示,有法拉第的实验可以概括为高斯定律:通过任何闭曲面的电通量等于闭曲面内的电荷量.假如包围电荷Q的曲面是任意形状的,定义D为电通量密度,即通过单位面积上垂直于曲面向外的电通量.根据高斯定理,有对自由空间(freespace)中的一个点电荷Q,电通量密度,电场强度,从而,,令,则,高斯定理又可以写为从上述可见,电通量有2种表达方式:从而高斯定律也对应2种表达方式,穿过封闭曲面的电通量与封闭曲面所包围的电荷量成正比.通过任何闭曲面的电通量等于闭曲面内的电荷量.由,即,得.在学习平行板电容器时,电容,A是平行板电容器正对极板的面积,用S代替A,有,可见我们在上面定义的与介电常数的单位相同,实际上两者就是同一个量,对于真空,称其为真空介电常数,即.

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