Методические указания к решению задач по курсу физики (раздел "Электродинамика"). Тимошенко Ю.К - 3 стр.

UptoLike

3
1. Постоянное электрическое поле в вакууме.
Основные формулы
*)
Принцип суперпозиции полей:
(
)
(
)
=
i
i
rErE
r
r
r
r
, (1.1)
где
(
)
rE
r
r
и
(
)
rE
i
r
r
напряженности электрического поля системы и i-го
элемента системы в точке r
соответственно . В частности , когда элементами
системы являются точечные заряды , то (1.1) приобретает вид:
() ()
i
i
i
i
rr
rr
q
rE
rr
rr
r
r
=
3
, (1.2)
Здесь q
i
заряд i-го точечного заряда , r
i
радиус-вектор, проведенный из начала
координат к q
i
.
Если имеется сплошное распределение заряда по объему или поверхности
тела , то (1.2) принимает вид:
()
(
)
(
)
Vd
rr
rE
V
=
3
rr
r
r
r
r
r
ρ
, (1.3)
()
(
)
(
)
Sd
rr
rE
S
=
3
rr
r
r
r
r
r
σ
, (1.4)
где
(
)
r
ρ
и
(
)
r
σ
объем и поверхностная плотность заряда , dV и dS
элементы объема и поверхности , относящиеся к точке , характеризуемой радиус-
вектором r
.
Электростатическая теорема Гаусса в интегральной и дифференциальной
формах:
()
()
(
)
()
=
;,0
,,4
SVq
SVqq
SdrE
Sr
S
π
r
r
r
r
(1.5)
(
)
(
)
rrE
r
r
r
πρ4div = . (1.6)
Здесь S замкнутая поверхность ; V(S) объем, ограниченный поверхностью S; q
суммарный заряд;
dS
n
S
d
=
r
r
,
n
r
внешняя нормаль к элементу поверхности dS
в точке r
. Уравнение (1.6) известно также как 1-е уравнение Максвелла .
*)
Здесь и далее используется абсолютная гауссова система единиц.
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
                                                                      3
                                     1. П о ст
                                             о ян н о е эл ек тр иче ск о е по л е в вак уум е .
                                                    О сн о вн ы е ф о р м ул ы *)

                     П р и нци п супе р по зи ци и по ле й:
                                                   r r        r r
                                                   E (r ) = ∑ Ei (r ) ,                                          (1.1)
                    r r             r r                       i

           где      E (r )      и   Ei (r )   – на пр яж е нно сти эле ктр и ч е ско го по ля си сте мы и i-го
                                                    →
           эле ме нта си сте мы в то ч ке r со о тве тстве нно . В ч а стно сти , ко гда эле ме нта ми
           си сте мы являются то ч е ч ны е за р яды , то (1.1) пр и о б р е та е тви д:
                                              r r          q      r r
                                              E (r ) = ∑ r i r 3 (r − ri ) ,                                     (1.2)
                                                       i r − ri

                                                                  →
           Зде сь qi – за р яд i-го то ч е ч но го за р яда , r i – р а ди ус-ве кто р , пр о ве де нны й и з на ч а ла
           ко о р ди на тк qi.
                   Если и ме е тся спло ш но е р а спр е де ле ни е за р яда по о б ъ е му и ли по ве р хно сти
           те ла , то (1.2) пр и ни ма е тви д:
                                                             r r r
                                              r r         ρ (r ′)(r − r ′)
                                              E (r ) = ∫ r r 3 dV ′ ,                                            (1.3)
                                                       V     r − r′
                                                              r r r
                                               r r        σ (r ′)(r − r ′)
                                              E (r ) = ∫ r r 3 dS ′ ,                                            (1.4)
                                                        S     r − r′
                      (r )           (r )
           где ρ r ′ и σ r ′ – о б ъ е м и по ве р хно стна я пло тно сть за р яда , dV’ и dS’ –
           эле ме нты о б ъ е ма и по ве р хно сти , о тно сящ и е ся к то ч ке , ха р а кте р и зуе мо й р а ди ус-
                            →
           ве кто р о м r ′.
                   Э ле ктр о ста ти ч е ска я те о р е ма Га усса в и нте гр а льно й и ди ф ф е р е нци а льно й
           ф о р ма х:
                                                   r r r 4πq, q ∈ V (S ),
                                                ∫ (E (r )dS ) =  0, q ∉V (S );                                  (1.5)
                                              Sr                
                                              r ∈S
                                                         r r          r
                                                    divE (r ) = 4πρ (r ).                                        (1.6)
           Зде сь S – за мкнута я по ве р хно сть; V(S) – о б ъ е м, о гр а ни ч е нны й по ве р хно стью S; q –
                                  r r          r
           сумма р ны й за р яд; dS = n ⋅ dS , n            – вне ш няя но р ма ль к эле ме нту по ве р хно сти dS
                        →
           в то ч ке r . У р а вне ни е (1.6) и зве стно та кж е ка к 1-е ур а вне ни е М а ксве лла .



           *)
                Зде сь и да ле е и спо льзуе тся а б со лютна я га уссо ва си сте ма е ди ни ц.


PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com