Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | ||
|
Пусть поле создано некоторой совокупностью зарядов (рис. 4.40).
Рис. 4.40. Совокупность зарядов, создающих электростатическое поле
Рассмотрим некоторую замкнутую поверхность . Допустим, что заряды внутри известны, а вне неизвестны.
Поставим такой вопрос: чем можно заменить информацию о внешних зарядах?
Теорема эквивалентности (теорема единственности решения краевых задач электростатики) гласит, что информация о зарядах вне может быть заменена другой эквивалентной информацией, а именно, описанием распределения на
либо либо | либо потенциала либо нормальной производной |
Итак, поле внутри области, ограниченной поверхностью , однозначно определено заданием зарядов внутри и распределением потенциала или его нормальной производной на поверхности . Т.е. потенциал поля внутри может быть найден как решение одной из следующих краевых задач
внутри на | внутри на | |
Краевая задача Дирихле для уравнения Пуассона | Краевая задача Неймана для уравнения Пуассона |
Доказательство теоремы эквивалентности основывается на теоремах единственности решения задач Дирихле и Неймана для уравнения Пуассона. Т.е., если будет доказано, что поле, определяемое решением, например, задачи Неймана для уравнения Пуассона, единственно, то тем самым будет доказано, что указанная информация на заменила информацию о зарядах. Аналогично для задачи Дирихле для уравнения Пуассона.
Докажем единственность решения задачи Дирихле для уравнения Пуассона. Предположим противное, а именно, что существуют два различных решения задачи и , удовлетворяющих условиям задачи. Образуем разностное скалярное поле . Тогда, очевидно, это поле будет удовлетворять условиям:
внутри
на .
Таким образом, разностная функция гармоническая и она равна нулю на границе рассматриваемой области. По теореме о максимуме и минимуме для гармонических функций, она равна нулю и во всех точках внутри , т.е. . Это противоречие доказывает единственность решения задачи Дирихле для уравнения Пуассона.
Для доказательства единственности задачи Неймана для уравнения Пуассона воспользуемся первым тождеством Грина (1.31):
.
Также предположим противное, а именно, что задача имеет два различных решения и , удовлетворяющих условиям задачи. Образуем разностную функцию . Она, очевидно, удовлетворяет условиям:
внутри
на .
В первом тождестве Грина в качестве функций и возьмем функцию . Тогда, очевидно, получим
.
Здесь – объем, ограниченный замкнутой поверхностью .
Из последнего равенства следует, что внутри . Следовательно , т.е. . Но . А это означает, что
.
Задача имеет единственное решение для напряженности электрического поля, что является определяющим, а потенциал является вспомогательной функцией.
Вопросы и задачи к лекции 26
281-1. Запишите уравнения для электростатического потенциала для разных случаев.
282-2. Выведите граничные условия для электростатического потенциала.
283-3. Из каких этапов складывается постановка краевой задачи?
284-4. Сделайте постановку краевой задачи для следующей физической задачи (рис. 4.41):
Рис. 4.41. Диэлектрическое тело в поле точечного заряда
Геометрия, величина заряда и диэлектрическая проницаемость заданы.
285-5. Сформулируйте и докажите теорему эквивалентности.
Дата публикования: 2015-03-29; Прочитано: 488 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!