где V, — оператор при переменном
Используя теорему о дивергенции, придадим (3.3) форму
Но такое же поле создает система зарядов с поверхностной плотностью
и объемной плотностью
Поляризация с вектором
эквивалентна появлению этих зарядов. Отметим, что суммарный поляризационный заряд равен нулю:
Учитывая поляризационные заряды, преобразуем первое из уравнений (2.1):
где
плотность свободных зарядов. Вектор
называется электрической индукцией или смещением [94].
Чтобы замкнуть систему уравнений, необходимо связать
и
Простейший естественный вариант — пропорциональная зависимость; тогда
где
характеристика материала вроде упругих констант.
Однако (3.6) не годится для анизотропных материалов — в них
связаны тензором второго ранга.
Рассмотрим силы в диэлектрике. Для системы точечных зарядов (с формулами (3.1), (3.2) суммарная сила
В единице объема будем иметь
поскольку в диэлектрике
остается лишь подчеркнутое слагаемое).
Представляет интерес и более фундаментальный подход к вычислению силы — по энергии [94]. Допустим, что энергия равна
без поляризации совпадает с (2.5). Отметим, что
дивергенция исчезает при интегрировании по полному полю. Проварьируем (3.9):
Если
получим лишь первое слагаемое в силе (3.8). Логично связать
как и
с количеством частиц в единице объема, т. е. с массовой плотностью
тогда
Но по уравнению
так что в (3.11) получим
Подчеркнутое выражение определяет искомую пондеромоторную силу. При линейной зависимости
приходим к (3.8).