电子的介电常数研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)咸阳师范学院电波传播与散射研究所 作者:李应乐

  提出了电子介电常数的计算模型,从不同的角度得到了电子的非相对论散射截面,进一步得到了电子的非相对论性介电常数,发现电子是一色散介质,介电常数是波粒二象性的统一;得到了导体的等效介电常数,验证了所得电子介电常数的有效性;填补了此项研究的空白。

  在基本粒子的研究中,电子是一个没有强相互作用的重要粒子,对其电磁参数、结构的全面研究对物理学及交叉学科的发展有着重要的意义;1897年,英国物理学家汤姆逊第一个用实验证明电子存在,并测量了电子的荷质比;1907年,密立根利用油滴实验测量了电子所带的电量,一个世纪以来,人们普遍认为112电子所带电荷为1,6×10-19 库仑,质量为9.0×10-31千克,经典半径约为2.8×10-15 米;自1973年Kroll和Waston122利用低频近似公式对低频电磁场中的电子原子微分散射截面进行计算以来,Geltman等13-82应用不同的方法对激光场中球形粒子、电子原子散射进行了深入的研究。实际上,电子与粒子间的相互作用以及与电磁场的相互作用的研究一直是学术界关注的焦点,然而,用经典理论或量子理论对电子介电常数的研究是一个空白,本文将从经典的电磁理论出发,研究电子的介电常数;具体构成如下:首先从不同的角度给出了电子的非相对论性散射截面,得出了电子介电常数表达式;接着将所得结果用于计算导体的等效介电常数,验证了所得结果的有效性;最后,给出了本文工作的总结、可能的应用领域及下一步将要开展的研究工作。

1、电子的介电常数

  1.1、电子的散射截面

  研究电子的介电常数将涉及到基本粒子的内部结构,是一个根本性的物理问题,需要用量子理论加以研究,在经典的电磁场范围内,这个问题是不可能完全解决的,所得结果只能用在某些特殊问题上;我们假定电子是一个半径为R,相对介电常数为Er的均匀介质球,电子的电量均匀的分布于电子的表面;在直到THz的范围内,电磁波的波长远大于电子的经典半径,满足Rayleigh散射的条件,一般情况下,电子的运动速度v远小于光速c,相对论效应可以不计1132,因此,可认为静止散射截面等于运动散射截面;利用解析法192可以得到电子内部的电场:

  该电场为一均匀电场;电子的散射截面为

电子的介电常数研究

  其中V为体积,K为电磁波的波长,Er为对介电常数;另外,我们用谐振子作为原子内束缚电子的模型1102,谐振子的固有频率为X0,电子运动的阻尼力系数为C,在入射电场E0e-jXt的作用下电子运动的微分方程为

电子的介电常数研究

3、结论

  从经典的电磁理论出发,提出了电子介电常数的计算模型,得到了电子的非相对论散射截面,发现在0到THz的范围内,电子对电磁波的散射符合Rayleigh散射条件;得到了电子的非相对论介电常数,该介电常数是电磁波频率、电子的经典半径,电子质量等因素的函数,是波粒二象性的统一反映;将所得结果用于良导体的研究,得到了导体的等效介电常数,通过对其中有关参数大小的分析、计算,发现导体的等效介电常数约为自由空间的介电常数,这一结果与有关文献一致,验证了所得电子介电常数的有效性;研究电子的介电常数是一个富有挑战性的课题,此方面的研究很少看到;对此课题的严格解决需要量子理论知识,然而,经典电磁理论所得结果有一定的指导意义,可以把它看成某些情况下的一种平均效应;如何从经典物理出发,进一步得到电子的相对论性介电常数,将是我们下一步要开展的研究工作。

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