- •[§1.] Обобщённые координаты. Понятие числа степеней свободы.
- •§2. Описание эволюции системы в конфигурационном пространстве (кп).
- •§3. Принцип Гамильтона (наименьшего действия). Уравнения движения
- •§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. Канонически сопряженные велечины.
- •§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. Дисперсионное уравнение. Примеры 1-3.
- •§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. Уравнения Даламбера для потенциалов
- •§29. Уравнения Максвелла в среде без учёта пространственно-временной дисперсии. Переход от микро к макро
- •§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.
- •11. Особенности движения частицы в центральном поле.
- •32. Закон сохранения заряда.
- •40. Уравнения Максвелла для стационарного электромагнитного поля в среде.
- •44. Приближение линейного тока.
§33. Уравнения Максвелла для стационарного электромагнитного поля в среде.
Поле стационарно, если оно не зависит явно от времени, т.е.
Уравнения Максвелла в этом случаем принимают вид:
+ связи:
В электростатике используются первое и третье уравнения, а в магнитостатике второе и четвертое.
Связь полей с потенциалами:
§У. 8. Задачи 16-19
16.Определить напряженность электрического поля внутри и снаружи равномерно заряженного шара . Объемная плотность заряда равна , радиус шара R.
Решение. Из принципа суперпозиции полей следует, что искомая напряженность поля равна разности напряженности электрического поля, создаваемого шаром без полости, и напряженности поля зарядов, заполняющих при этом полость.
Поле внутри полости
поле внутри шара (но вне полости)
поле снаружи шара
где - радиус-вектор, проведенный из центра шара к центру полости.
17. Определить коэффициенты разложения потенциала точечного заряда в интеграл Фурье.
Решение. Потенциал точечного заряда является решением уравнения
(1)
Представим и в виде разложений в интеграл Фурье:
(2)
Подставляя соотношения (2) в уравнение (1) и приравнивая в подынтегральных выражениях коэффициенты при , получим
.
18. Найти потенциал, создаваемый зарядом, распределенным в бесконечной среде по закону:
Решение. .
19. Определить потенциал точечного заряда е, находящегося в однородной анизотропной среде с заданным тензором диэлектрической проницаемости.
Решение. Предположив, что заряд расположен в начале координат, решим уравнения
Направим оси декартовой системы координат по главным осям тензора диэлектрической проницаемости. Тогда
Подставим соотношения (2) в уравнение (1):
Заменой уравнение приводится к виду
Здесь использовано свойство δ-функции:
Решение уравнения (4) имеет вид
где
§34. Приближение линейного тока
Что бы рассчитать надо брать от каждого элементарного объёмчика площадку и интегрировать по всему току. Если размеры сечения проводника много меньше его длины, либо когда точка наблюдения сильно удалена, то неоднородностью тока в сечении можно пренебречь. На языке интегралов это пренебрежение сводится к:
Это есть приближение линейного тока, т.е. ток течёт по проводнику, сечение которого стремится к нулю. Тогда для потенциала имеем:
Если имеется система токов, то формулу можно обобщить:
§У. 9. Задачи 20, 21
20. Найти напряженность магнитного поля внутри цилиндрической полости цилиндрического проводника, по которому течет ток, равномерно распределенный по его сечению с плотностью j. Оси цилиндра, образующего полость, и цилиндрического проводника параллельны и находятся друг от друга на расстоянии а.
Решение. H=1/2
21. Показать, что постоянное однородное магнитное поле В можно описывать векторным потенциалом А= .
[§35.]Уравнения Максвелла для квазистационарного электромагнитного поля.
Уравнения Максвелла в среде:
Уравнения связи для однородной изотропной среды:
Будем рассматривать не магнитные материалы, т.е. .
Случай квазистационарных полей означает, что поля считаем в одних случаях стационарными, а в других случаях – не стационарными. Для квазистационарных полей:
1) , а отбрасываем, т.к.
2) - оставляем как есть.
Критерий «отбрасываемости»:
Если , то . Слагаемое . В гауссовой системе единиц имеет размерность как .
Составим отношение для сравниваемых слагаемых:
Это есть критерий или условие квазистационарности. И тогда:
Рассмотрим как упрощается :
Запишем закон сохранения заряда в форме уравнения непрерывности:
,
Используем (*), тогда:
, где
Частное решение этого уравнения:
Для проводников с высокой проводимостью мала, , где - период, тогда:
Но поле может и не меняться по гармоническому закону, а может меняться как угодно, тогда - время, за которое поле меняется существенно.
Тогда
, и
Т.е. заряды быстро рассасываются. Значит для квазистационарного случая
В итоге получаем для квазистационарного случая систему уравнений Максвелла:
В квазистационарных полях есть эффекты:
1)Скин-эффект – быстропеременное поле вытесняет на поверхность проводника заряды.
2)Токи Фуко – переменное магнитное поле создаёт электрическое поле.