Refracción de las líneas de campo eléctrico, en la interfaz de separación entre dos medios conductores

Supongamos que tenemos 2 medios con parámetros eléctricos ε 1 , σ 1 , respectivamente ε 2 , σ 2 , separados por la superficie plana Σ ; densidad superficial de carga eléctrica en Σ es ρ s = 0 .Denotamos por mi 1 , mi 2 los vectores de campo eléctrico en los dos entornos, y por j 1 , j 2 la densidad de corriente correspondiente, con j 1 = σ 1 mi 1 y j 2 = σ 2 mi 2 . Dejar α 1 , α 2 ser los ángulos entre la normal n en la superficie Σ y los vectores mi 1 , mi 2 .

Asumiendo las condiciones de frontera mi t 1 = mi t 2 , D norte 1 = D norte 2 , obtenemos la condición de refracción de las líneas de campo eléctrico ε 1 t gramo ( α 2 ) = ε 2 t gramo ( α 1 ) .

Asumiendo las condiciones de frontera mi t 1 = mi t 2 , j norte 1 = j norte 2 , obtenemos la condición refractiva del campo eléctrico σ 1 t gramo ( α 2 ) = σ 2 t gramo ( α 1 ) ; la condición de contorno j norte 1 = j norte 2 se obtiene de la ecuación de continuidad de la corriente eléctrica.

porque los valores de ε 1 , σ 1 y ε 2 , σ 2 son parámetros materiales arbitrarios, esto produce diferentes valores del ángulo de refracción del campo eléctrico para las dos condiciones límite establecidas. ¿Cuál es la explicación de esta paradoja?

Observación: todas las muescas mayúsculas se ven mal. Puedes cambiar tu nick en tu página de perfil. Su aceptación aquí depende en gran medida de los votos que obtenga; y depende absolutamente del votante, cómo vota. Por cierto, tu primera pregunta parece bastante interesante y de alto nivel.
Debe tratar las propiedades dieléctricas y conductoras de los dos materiales al mismo tiempo y los campos deben satisfacer las ecuaciones de Maxwell. En el caso del flujo de corriente, eso es especialmente cierto para la ecuación de continuidad porque la carga no se puede crear ni destruir (al menos no mediante este proceso físico). Si su primer conjunto de condiciones de contorno no satisface eso, entonces está mal.
@peterh: Gracias por las observaciones y la evaluación que ha realizado. Espero que la nueva forma del perfil sea mejor...
@CuriousOne: Sospeché que las condiciones de contorno deben tratar simultáneamente las propiedades dieléctricas y conductoras de los dos medios. Lamentablemente, los casos que he encontrado en la literatura se refieren a los casos ideales dieléctrico-dieléctrico, dieléctrico-conductor, pero no a mi caso, conductor-conductor. ¿Cuál es la forma general de las ecuaciones de Maxwell, capaz de manejar este caso?

Respuestas (1)

La explicación de su paradoja es que la condición de frontera Dn1 = Dn2 no se cumple en el caso de que la corriente fluya a través de la frontera. Hay una carga laminar (libre) 𝜂 en la interfaz, por lo que el desplazamiento eléctrico se vuelve discontinuo Dn2 - Dn2 = 𝜂. La condición límite del campo eléctrico normal correcta es σ1⋅En1 = σ2⋅En2 como se deduce de la continuidad de la corriente normal Jn1 = Jn2. Esto provoca una discontinuidad del desplazamiento dieléctrico normal y, por lo tanto, la carga de la hoja de interfaz 𝜂. Se puede pensar que la acumulación de 𝜂 es causada por diferentes densidades de corriente de interfaz normal antes de que la situación se estabilice en estado estacionario. Por lo tanto, la segunda condición de refracción anterior de las líneas de campo eléctrico debe usarse en las interfaces de los medios conductores.