- •§1. Обобщённые координаты. Понятие числа степеней свободы.
- •§2. Описание эволюции системы в конфигурационном пространстве (кп).
- •§3. Принцип Гамильтона (наименьшего действия).
- •§4. Функция Лагранжа и её свойства.
- •§5*. Правило суммирования Эйнштейна.
- •§6. Функция Лагранжа простейших систем.
- •§7. Интегралы движения в методе Лагранжа.
- •§8. Свойства симметрии пространства и времени. Законы сохранения.
- •1.Для замкнутой системы реализуется принцип однородности времени.
- •2.Однородность пространства.
- •3. Изотропность пространства.
- •§9. Задача двух тел и сведение её к эквивалентной одномерной.
- •§10. Особенности движения частицы в центральном поле.
- •§11. Одномерный эффективный потенциал.
- •§12. Обобщенный импульс. Преобразование Лежандра. Уравнения Гамильтона.
- •§13. Фазовое пространство.
- •§14. Функция Гамильтона и её свойства.
- •§15. Функция Гамильтона простейших систем.
- •§16. Интегралы движения в методе Гамильтона.
- •§17. Скобки Пуассона и их свойства.
- •§18. Малые колебания и свойства потенциальной энергии.
- •§19. Колебания с одной степенью свободы. Характеристическое уравнение.
- •§20. Колебания с n степенями свободы.
- •§21. Оператор .
- •§22. Уравнения Максвелла для электромагнитного поля в вакууме.
- •§23. Потенциалы электромагнитного поля в вакууме.
- •§24. Градиентная инвариантность.
- •§25*. -Функция.
- •§26. Объёмная плотность точечного заряда.
- •§27. Закон сохранения заряда.
- •§28. Типы калибровок.
- •§29. Уравнения Максвелла в среде без учёта пространственно-временной дисперсии.
- •§30. Теорема Стокса.
- •§31. Функциональные соотношения различных полей
- •§32*. Условия на границе раздела двух сред.
- •§33. Уравнения Максвелла для стационарного электромагнитного поля в среде.
- •§34. Приближение линейного тока
- •§35. Уравнения Максвелла для квазистационарного электромагнитного поля.
- •§36. Условия квазистационарности поля.
- •§37. Глубина проникновения квазистационарного электромагнитного поля.
- •§38. Уравнения Максвелла для электромагнитных волн в вакууме.
- •§39. Волновое уравнение в случае вакуума.
- •§40*. Решение волнового уравнения в случае плоской электромагнитной волны в вакууме.
- •§41. Плоская монохроматическая волна.
- •§42. Уравнения Максвелла в случае плоской монохроматической волны в вакууме.
- •§43*. Разложение электромагнитных полей по плоским монохроматическим волнам.
- •§44. Калибровка Лоренца в случае однородной изотропной среды.
- •Задачи по курсу «Теоретическая механика и теория поля»
- •Задачи по курсу «Теоретическая механика и теория поля» и их решение.
§27. Закон сохранения заряда.
Запишем уравнение Максвелла: . Подействуем на него оператором скалярно. Получаем:
Но дивергенция всякого ротора равна нулю, поэтому в результате получаем:
- уравнение непрерывности
Проинтегрируем обе части этого уравнения по некоторому объёму:
, где -единичный вектор нормали
определяет количество заряда выносимого через поверхность объёма. Если - острый, то заряд выносится из объёма и -положителен. Если тупой, то заряд приходит в объём и - имеет знак минус.
§28. Типы калибровок.
Перепишем уравнения Максвелла:
1.Калибровка Лоренца
Тогда уравнение первое уравнение Максвелла перепишется в следующем виде:
□- оператор Даламбера
□- уравнение Даламбера
Это уравнение есть – неоднородное дифференциальное уравнение в частных производных.
□- оператор гиперболического типа.
Для 4-го уравнения Максвелла имеем:
□
Все, имеющие физический смысл, результаты должны быть градиентно-инвариантыми:
В силу калибровки Лоренца получаем:
□
Т.е. функция должна удовлетворять однородному уравнению Даламбера (его ещё называют волновым уравнением)
2.Калибровка Кулона
- калибровка Кулона
Уравнение (А) перепишется в следующем виде:
- уравнение Пуассона.
Если же (в пустоте), то уравнение Пуассона принимает вид:
-уравнение Лапласа.
получаем, что функция должна удовлетворять уравнению:
3.Калибровка поперечных волн
Полагаем есть функция только координат.
Значит функция должна удовлетворять уравнению:
- здесь k – волновой вектор
§29. Уравнения Максвелла в среде без учёта пространственно-временной дисперсии.
С помощью этих уравнений можно описывать электромагнитное поле в среде. В среде будем ставить индекс «»=микро
включает в себя как связанные, так и свободные заряды в веществе. Каждой точке пространства ставится в соответствие функция . Это значит, что мы заменяем реальную среду моделью – сплошной средой, т.е. мы свойства разных точек «размазываем» по пространству. Существуют следующие способы описания сплошной среды на основе реальной среды:
-
Усреднение по некоторому физическому объёму и времени .
-
Статистическое усреднение. Считаем что у нас есть макроскопически-идентичный ансамбль систем(т.е. все внешние условия одинаковы). Здесь производятся измерения для отдельных ансамблей, а потом происходит усреднение. Этот способ более предпочтителен.
Усреднение будем обозначать символами «< >». Отметим, что усреднение коммутативно с дифференциальными операторами.
Итак, усредняем:
Среда под действием внешнего электромагнитного поля поляризуется, т.е. реагирует на внешнее воздействие. В случае, когда отсутствует пространственная дисперсия, поляризация характеризуется векторами электрической и магнитной поляризации . Можно показать, что и выражаются через :
Введём обозначения: ;
Перенесём второе слагаемое из правой части в левую и объединим его с :
Итак, уравнения Максвелла для среды имеют вид: