- •7. Распределение зарядов в проводнике. Электрическая емкость уединенного проводника. Конденсаторы.
- •Вопрос №9 Энергия поляризованного диэлектрика. Закон сохранения энергии для электрического поля.
- •Вопрос 10
- •Вопрос 11
- •Вопрос 12 Работа выхода электрона из металла. Термоэлектронная эмиссия
- •Вопрос 13 о бобщённый закон Ома, закон Джоуля-Ленца для участка цепи. Правила Кирхгофа.
- •Вопрос 14 Законы Фарадея для электролиза. Закон Ома для плотности тока в электролите.
- •Вопрос 15 Электропроводность газов. Виды газового разряда
- •Вопрос 16 Границы применимости закона Ома. Плазма.
- •17. Магнитное поле. Магнитная индукция. Сила Лоренца. Закон Ампера.
- •3)Сила Лоренца.
- •4) Закон Ампера.
- •18. Закон Био-Савара–Лапласа. Примеры простейших магнитных полей проводников с током.
- •2). Примеры:
- •1 9. Закон полного тока для магнитного поля в вакууме. Теорема Остроградского-Гаусса для магнитного поля в вакууме.
- •2) Теорема Остроградского-Гаусса.
- •20. Работа по перемещению проводника и контура с током в магнитном поле.
- •21. Понятие о магнитоэлектрических и электродинамических измерительных приборах
- •1 ) Магнитоэлектрический прибор.
- •2) Электродинамический прибор.
- •22. Движение заряженных частиц в постоянном магнитном поле.
- •23. Эффект Холла. Экспериментальное определение удельного заряда частиц.
- •2)Определение удельного заряда частицы.
- •24.Ускорители заряженных частиц.
- •Вопрос №28. Опыт Эйнштейна и де Газа. Закон полного тока для магнитного поля в веществе.
- •Вопрос №29. Ферромагнетики. Условия для магнитного поля на границе раздела двух изотропных сред.
- •Вопрос №31. Энергия магнитного поля в неферромагнитной среде.
- •Вопрос №32. Общая характеристика теории Максвелла. Теорема Гаусса и теорема Стокса. Первое уравнение Максвелла.
- •Вопрос №33. Ток смещения. Второе уравнение Масквелла.
- •Вопрос №34. Третье и четвертое уравнения Максвелла.
- •Вопрос №35. Полная система уравнений Максвелла для электромагнитного поля.
Вопрос №34. Третье и четвертое уравнения Максвелла.
Третье уравнение Максвелла. Теорема Гаусса для поля D (см. (89.3)):
Если заряд распределен внутри замкнутой поверхности непрерывно с объемной плотностью , то формула (139.1) запишется в виде
Четвертое уравнение Максвелла Теорема
Гаусса для поля В (см. (120.3)):
Третье уравнение Максвелла является обобщением закона Гаусса на случай переменных процессов. Закон Гаусса связывает поток вектора электрического смещения через произвольную замкнутую поверхность S с зарядом Q, сосредоточенным внутри этой поверхности:
где dS = nodS; n0 - орт внешней нормали к поверхности S.
До Максвелла уравнение (1.40) рассматривалось только в применении к постоянным полям. Максвелл предположил, что оно справедливо и в случае переменных полей.
Заряд Q может быть произвольно распределен внутри поверхности S. Поэтому в общем случае
где ρ-объемная плотность зарядов; V- объем, ограниченный поверхностью S. Объемная плотность зарядов
где ΔQ - заряд, сосредоточенный в объеме ΔV. Размерность ρ-кулон на кубический метр (Кл/м3).
Подставляя (1.41) в (1.40), получаем
Уравнение (1.43) обычно называют третьим уравнением Максвелла в интегральной форме. Для перехода к дифференциальной форме преобразуем левую часть этого уравнения по теореме Остроградскогo—Гаусса (П. 19). В результате получим
Это равенство должно выполняться при произвольном объеме V, что возможно только в том случае, если
Соотношение (1.44) принято называть третьим уравнением Максвелла. В декартовой системе координат оно записывается в виде
Из равенства (1.44) следует, что дивергенция вектора D отлична от нуля в тех точках пространства, где имеются свободные заряды. В этих точках линии вектора D имеют начало (исток) или конец (сток). Линии вектора D начинаются на положительных зарядах и заканчиваются - на отрицательных.
В отличие от вектора D истоками (стоками) вектора Е могут быть как свободные, так и связанные заряды. Чтобы показать это, перепишем уравнение (1.44) для вектора Е. Подставляя соотношение (1.4) в (1.44), получаем εo div E = ρ- div ρ. Второе слагаемое в правой части этого равенства имеет смысл объемной плотности зарядов ρр, возникающих в результате неравномерной поляризации среды (такие заряды будем называть поляризационными):
divP=-ρP. (1.45)
Поясним возникновение поляризационных зарядов на следующем примере. Пусть имеется поляризованная среда (рис. 1.8). Выделим мысленно внутри нее объем ΔV, ограниченный поверхностью ΔS. В результате поляризации в среде происходит смещение зарядов, связанных с молекулами вещества. Если объем ΔV мал, а поляризация неравномерная, то в объем ΔV с одной стороны может войти больше зарядов, чем выйдет с другой (на рис. 1.8 объем ΔV показан пунктиром). Подчеркнем, что поляризационные заряды являются "связанными" и возникают только под действием электрического поля. Знак минус в формуле (1.45) следует из 24
определения вектора Р (см.1.2.1). Линии вектора Р начинаются на отрицательных зарядах и оканчиваются на положительных. С учетом формулы (1.45) приходим к соотношению
из которого и следует сделанное выше утверждение, что истоками (стоками) линий вектора Е (силовых линий электрического поля) являются как свободные, так и связанные заряды.
Четвертое уравнение Максвелла в интегральной форме совпадает с законом Гаусса для магнитного поля, который можно сформулировать следующим образом. Поток вектора В через любую замкнутую поверхность S равен нулю, т.е.
Это означает, что не существует линий вектора В, которые только входят в замкнутую поверхность S (или, наоборот, только выходят из поверхности S): они всегда пронизывают ее (рис. 1.9).
Уравнение (1.46) называют четвертым уравнением Максвелла в интегральной форме. К дифференциальной форме уравнения (1.46) можно перейти с помощью теоремы Остроградского-Гаусса так же, как это было сделано в случае третьего уравнения Максвелла. В результате получим
div В = 0, (1.47)
Уравнение (1.47) представляет собой четвертое уравнение Максвелла. Оно показывает, что в природе отсутствуют уединенные магнитные заряды одного знака. Из этого уравнения также следует, что линии вектора В (силовые линии магнитного поля) являются непрерывными.