Рассмотрим тонкую поверхность, т.е. при любом выборе пощади площади S толщина поверхности h много меньше чем . Пусть - поверхностная плотность заряда.
Исследуем особенности электростатического поля сверху и снизу от поверхности. В общем случае функция поля может быть любой, даже разрывной.
Выберем на поверхности площадку, на столько малую, что её можно считать частью плоскости, а электрическое поле сверху и снизу от неё не изменяются (сверху и снизу поля разные, но постоянные).
Выберем замкнутую поверхность в виде цилиндра так, чтобы его основания были параллельны площадке. Поскольку цилиндрик на столько мал, что вектора и на его поверхности постоянны, то поток электростатического поля через него можно записать следующим образом , где и проекции векторов и на перпендикуляр к площадке, - поток через боковую поверхность цилиндра. Теперь будем уменьшать высоту цилиндра , т.к. .
По теореме Гаусса , где - заряд на площадке, откуда . Итак, при переходе через поверхность нормальная компонента вектора испытывает скачок, равный с точностью до константы .
Найдем соотношение для тангенциальной компоненты вектора при переходе через поверхность. Опять же выберем на поверхности площадку, на столько малую, что её можно считать частью плоскости, а электрическое поле сверху и снизу от неё не изменяются (сверху и снизу поля разные, но постоянные). Теперь выберем замкнутый контур виде прямоугольника т.о., чтобы площадка его пересекала под прямым углом. Длины сторон прямоугольника, параллельных площадке равны , а боковые. Запишем циркуляцию вектора по замкнутому контуру , где и - тангенциальные составляющие вектора к площадке. тангенциальная составляющая вектора всегда непрерывна.
Соотношения и называются граничными условиями.
Пример1.
Проверим, выполняются ли граничные условия для равномерно заряженной сферы. Знаем, что поле сферы равно .
Поле на сфере всегда направленно по нормали к поверхности, поэтому все тангенциальные компоненты вектора равны нулю.
Поле внутри сферы равно нулю, поэтому . А вне сферы . Граничные условия выполняются.
Пример2. Бесконечная заряженная плоскость.
Обе тангенциальные компоненты вектора равны нулю, они непрерывны. Разность нормальных компонент вектора равна .
Граничные условия помогают решать некоторые задачи.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему
Реферат
Электростатическое поле вблизи заряженных поверхностей (граничные условия).
От 250 руб
Контрольная работа
Электростатическое поле вблизи заряженных поверхностей (граничные условия).
От 250 руб
Курсовая работа
Электростатическое поле вблизи заряженных поверхностей (граничные условия).
От 700 руб