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折射率和介电系数、磁导率关系

折射率和介电系数、磁导率关系

作者: sunfove | 来源:发表于2019-10-17 21:14 被阅读0次

在没有自由电荷和传导电流的情况下,麦克斯韦方程组表达式如下:

\nabla \bullet \mathbf{D} = 0

\nabla \bullet \mathbf{B} = 0

\nabla \times \mathbf{E} = - \frac{\partial\mathbf{B}}{\partial t}

\nabla \times \mathbf{H} = - \frac{\partial\mathbf{D}}{\partial t}

其中,

\mathbf{D} = \varepsilon\mathbf{E} = \varepsilon_{0}\varepsilon_{r}\mathbf{E}

\mathbf{B} = \mu\mathbf{H} = \mu_{0}\mu_{r}\mathbf{H}

\nabla \times \mathbf{E} = - \frac{\partial\mathbf{B}}{\partial t}两遍取旋度,可得:

\nabla \times \left( \nabla \times \mathbf{E} \right) = - \nabla \times \frac{\partial\mathbf{B}}{\partial t} = - \frac{\partial}{\partial t}\left( \nabla \times \mathbf{B} \right) = - \text{εμ}\frac{\partial^{2}\mathbf{E}}{\partial t^{2}}

利用矢量分析公式和\nabla \bullet \mathbf{E}\mathbf{=}\frac{\mathbf{1}}{\varepsilon}\nabla \bullet \mathbf{D} = 0,可得:

\nabla \times \left( \nabla \times \mathbf{E} \right)\mathbf{=}\nabla\left( \nabla \bullet \mathbf{E} \right)\mathbf{-}\nabla^{2}\mathbf{E} = \nabla^{2}\mathbf{E}

由此可得:

\nabla^{2}\mathbf{E}\mathbf{-}\text{εμ}\frac{\partial^{2}\mathbf{E}}{\partial t^{2}} = 0

\nabla^{2}\mathbf{E}\mathbf{-}v^{2}\frac{\partial^{2}\mathbf{E}}{\partial t^{2}} = 0

其中,v = \frac{1}{\sqrt{\text{εμ}}}\表示电磁波传播速度,电磁波真空中的传播速度为c = \frac{1}{\sqrt{\varepsilon_{0}\mu_{0}}} = 2.997924 \times 10^{8}\ m/s

折射率表达式为:

n = \frac{c}{v} = \sqrt{{\varepsilon_{r}\mu}_{r}}

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