Уравнения Максвелла. Граничные условия
С помощью вектора поляризации формулы (30) можно записать в виде:
(31)
(32)
где 
- объём сферы.
Первые два слагаемых в (31) и (32) представляют собой потенциал однородного внешнего поля, создаваемого внешними источниками. Вторые – это потенциал электрического поля, создаваемого электрическим шаром, поляризованным внешним полем. Вне сферы – это потенциал диполя с дипольным моментом 
. Внутри сферы поляризованный шар создаёт однородное электрическое поле с напряжённостью
(33)
Полная напряжённость внутри шара
(34)
Таким образом, электрическое поле внутри шара не зависят от радиуса шара и ослаблено на значение поля 
, которое называется деполяризующим полем. Возникновение деполяризующего поля есть частный случай явления экранировки внешнего поля связанными или свободными зарядами.
5. Приложение.
1. Формула Остроградского – Гаусса.
Пусть f (x, y, z) - некоторая функция , а S - замкнутая поверхность, ограничивающая объём V. На отрезке 1-2 (рис. 4), параллельном оси X, f - является функцией одного аргумента x. Интегрируя вдоль этого отрезка получим:
где 
и 
- значения функции f на концах рассматриваемого промежутка.
Построим теперь бесконечно узкий цилиндр, одной из образующих которого является отрезок 1 2. Пусть dσ - площадь поперечного сечения его (величина положительная). Умножая предыдущее соотношение на dσ. Так как dσdx есть элементарный объём dV, заштрихованный на рисунке, то в результате получится:
,
где dV – часть объёма V, вырезаемого из него поверхность цилиндра. Пусть dS1 и dS2 эле -ментарные площадки, вырезаемые тем же цилиндром на поверхности S, а 
1 и 2–
единичные нормали к ним, проведенные наружу от поверхности S. Тогда:
dσ = d
2 2х = - d1 1х,
а поэтому: 
или короче: 
где поверхностный интеграл распространён на сумму площадок dS1 и dS2. Весь объём V можно разделить на элементарные цилиндры рассматриваемого вида и написать для каждого из них такие же соотношения. Суммируя эти соотношения, получим:
(35)
Интеграл справа распространён по всему объёму V, справа – по поверхности S, ограничивающей этот объём. Аналогичные соотношения можно написать для осей Y и Z.
Возьмём теперь произвольный вектор 
и применим к его компонентам соотношение (35). Получим:
и аналогично для компонент Ay и Az . Складывая эти соотношения, найдём:
или:
Эту формулу Остроградского – Гаусса можно также записать в виде:
Смысл её заключается в том, что полный поток вектора через некоторую поверхность S равен суммарной алгебраической мощности источников, порождающих векторное поле.
Если объём V бесконечно мал, то величина divвнутри него может считаться постоянной. Вынося её за знак интеграла и переходя к пределу V→ 0, получим:
Предельный переход надо понимать в том смысле, что область V должна стягиваться в точку, т.е. размеры этой области должны беспредельно уменьшаться по всем направлениям. Эти рассуждения показывают, что величина, стоящая в правой части вышеуказанной формулы, не зависит от формы поверхности S, стягиваемой в точку. Поэтому это выражение можно принять за исходную формулировку дивергенции. Такое определение обладает преимуществом, потому что оно инвариантно, т.е. никак не связано с выбором координат.
2. Формула Стокса.
По определению ротор (вихрь) некоторого вектора :
(36)
Зная ротор вектора в каждой точке некоторой (не обязательно плоской) поверхности S, можно вычислить циркуляцию этого вектора по контуру 
, ограничивающему S, (контур также может быть не плоским). Для этого разобъём поверхность на очень малые элементы 
. Ввиду их малости эти элементы можно считать плоскими. Поэтому в соответствии с (36) циркуляция вектора по контуру, ограничивающему , может быть представлена в виде.
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6 7 8