基于能量最小化的空间变化介电体静电学严格处理

提出了一种新颖的静电学能量最小化公式，该公式允许在具有任意介电性质的系统中以任意期望的精度计算静电能量和力。从极化矢量场的能量泛函推导出标量电荷密度的积分方程。即使在非平衡态下，该能量泛函也代表系统的真实能量。通过利用仅依赖于介电体几何形状的方程核进行级数展开，求解电荷密度的积分方程，从而实现任意精度。该简化形式仅处理体电荷分布，无需人为引入面电荷。因此，它可以应用于介电常数的任意空间变化，这在生物分子系统的应用中尤为重要。通过解析和数值示例展示了该形式应用于实际问题的简便性。