М.И. Векслер, Г.Г. Зегря
Поле
внутри проводника равно нулю, поэтому проводники геометрически ограничивают
область, где должны решаться уравнения электростатики. На поверхности
проводника φ = const (эквипотенциальность). Это достигается индуцированием
зависящей от координаты поверхностной плотности заряда σ. Поле
ортогонально к поверхности проводника, но не обязательно однородно. Заряд
σ на поверхности связан с полем как σ = ε0E.
Метод
изображений состоит в замене системы "заряды + проводящая
поверхность" на систему "заряды + изображения". Правила
построения изображений обеспечивают эквипотенциальность требуемой поверхности.
Для точечного заряда q, расположенного на расстоянии l от плоскости или центра
сферы, а также для прямой нити λ, расположенной на расстоянии l от оси
цилиндра:
плоскость q → q' = –q, l → l' =
l
заземленная
сфера q → q' = –qR/l, l → l' = R2/l
цилиндр
λ → –λ, l → l' = R2/l
Если
сфера не заземлена, то надо еще дополнительно поставить заряд +qR/l в начало
координат. Цилиндр и плоскость заземлены по определению (они простираются до
бесконечности, где φ = 0).
Основным
практическим случаем является проводящая плоскость: например Земля. Он легко обобщается
на систему зарядов (нитей, колец и т. д.) - всю ее надо отобразить относительно
плоскости.
Задача.
Точечный заряд q находится на расстоянии l от проводящей плоскости. Найти
плотность индуцированного заряда как функцию расстояния r от проекции заряда на
плоскость.
Ответ:
Задача.
Бесконечная прямая нить, несущая заряд λ на единицу длины, висит над
проводящей плоскостью на расстоянии l от нее. Найти распределение
электрического поля и поверхностной плотности индуцированного заряда вблизи
плоскости.
Решение:
Сначала находим поле одной нити по теореме Гаусса, затем отображаем нить и ищем
поле от нити-изображения –λ, далее векторно суммируем эти поля. После
этого можно найти σ в любой точке как –ε0· Ewire+image.
Поле
одной нити на расстоянии s от нее равно
и
направлено от оси нити или к ней. Поэтому поле одной нити в плоскости на
расстоянии x от проекции нити на плоскость будет ():
Такое
же по абсолютной величине поле создается нитью-изображением. При векторном
суммировании полей двух нитей параллельные плоскости компоненты уничтожаются, а
перпендикулярные ей - удваиваются:
Соответственно,
имеем плотность индуцированного заряда:
Проинтегрировав
σ(x) по x от –∞ до +∞, можно убедиться, что суммарный
индуцированный заряд на единицу длины проекции нити составляет –λ, как и
должно быть.
Задача.
Очень длинная равномерно заряженная зарядом λ0 нить расположена по оси z и
не доходит до проводящей плоскости xy на расстояние l. Найти поле вблизи
плоскости xy как функцию расстояния r от начала координат.
Ответ:
Задача.
На расстоянии l от центра заземленной сферы радиуса R<l расположен точечный
заряд q. Найти плотность заряда, индуцированного в ближайшей к заряду и в
наиболее удаленной от него точках шара.
Решение:
По правилам размещения заряда-изображения, помещаем заряд –qR/l в точку на оси
"центр сферы - заряд q", удаленную от центра на расстояние R2/l.
Тогда расстояние от заряда-изображения до ближайшей к заряду точки сферы будет
R–R2/l. В этой точке и поле от истинного заряда, и поле от заряда-изображения
направлены к центру сферы, а их сумма по абсолютной величине будет
Enear |
= |
|
|
|
= |
|
|
Сразу
же находится σ:
Аналогично
находим плотность индуцированного заряда в удаленной точке, только там поле от
заряда q направлено от центра, а от изображения - на центр. Сумма этих полей
оказывается направленной к центру и по модулю равной:
Efar |
= |
|
|
так
что
Список литературы
1.
И.Е. Иродов, Задачи по общей физике, 3-е изд., М.: Издательство БИНОМ, 1998. - 448
с.; или 2-е изд., М.: Наука, 1988. - 416 с.
2.
В.В. Батыгин, И.Н. Топтыгин, Сборник задач по электродинамике (под ред. М.М.
Бредова), 2-е изд., М.: Наука, 1970. - 503 с.
3. Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц, Теоретическая физика. т.8 Электродинамика сплошных сред, 2-е изд., М.:
Наука, 1992. - 661 с.
Для
подготовки данной работы были использованы материалы с сайта edu.ioffe/r
Другие работы по теме:
Магнитное поле Процесс формирования
Graphics Магнитное поле Содержание . 1 Чем создаётся 2 Вычисление 3 Магнитные свойства веществ 4 Проявление магнитного поля 5 Взаимодействие двух магнитов 6 Явление электромагнитной индукции 7Токи Фуко Graphics
Электростатическая защита
ПРОВОДНИКИ В ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ Электростатическое поле - эл.поле, образованное неподвижными электрическими зарядами. Свободные электроны - электроны, способные свободно перемещаться внутри проводника ( в основном в металлах) под действием эл. поля;
Магнитное поле
Работа по физике Ученика 10 класса А Школы №1202 Круглова Егора Магнитное поле В XIX веке была обнаружена связь между электричеством и магнетизмом и возникло представление о
Двигатель постоянного тока
Работа и устройство двигателя постоянного тока. Вращая генератор постоянного тока какой-нибудь внешней силой, мы затрачиваем определенную механическую мощность Pмех, а в сети получаем соответствующую злектрическую мощность Рэл.
Проводники в электростатическом поле
Реферат на тему: «Проводники в электростатическом поле» Ученика 10 «Б» класса Средней школы №1 г. Микашевичи Абрамчук Дмитрий 2010 План: Свободные заряды..............................3
Магнитная индукция 2
Text Магнитные линии- очертания Магнитные линии- очертания образовавшиеся под воздействием магнитных сил. Где есть магнитно поле там есть подобно полюсам Справа (рисунок) магнитные линии Для определенных видов магнитов Магнитные линии всегда замкнуты Graphics
Явление разделения спина и заряда в сверхтонких проводниках
Электроны являются основными носителями электричества и благодаря им же мы можем изготавливать магниты. Электрический и магнитный заряд переносятся электронами, которые традиционно кажутся не только не имеющими размера, но и неделимыми.
Физические основы электрографии. Электрокардиография
Многие органы полностью или частично состоят из возбудимых клеток. Возбуждение этих клеток является причиной возникновения электрического поля в организме. Исследование этого поля имеет большое значение в клинической и теоретической медицине.
Проводники в электрическом поле. Электростатический метод изображений
Проводники в электрическом поле. Электростатический метод изображений. М.И. Векслер, Г.Г. Зегря Поле внутри проводника равно нулю, поэтому проводники геометрически ограничивают область, где должны решаться уравнения электростатики. На поверхности проводника φ = const (эквипотенциальность).
Гравитационное поле горизонтальной полуплоскости
Вертикальный уступ в реальных геологических условиях соответствует вертикальному сбросу, выклиниванию горизонтальных пластов различной плотности, границе крупного интрузивного образования на контакте с осадочными породами и т.п.
Гравитационное поле плоского слоя
Рассмотрим очень важную задачу притяжения, создаваемого плоским слоем в точке А, расположенной на некоторой высоте z над ним. Пусть плотность слоя = const. Вырежем в нем диск радиусом r и толщиной z.
Просветление тумана в электрическом поле
Приводится теоретическое обоснование возможности просветления тумана в однородном электрическом поле, а так же приводится анализ экспериментов, который позволят определить роль однородного электрического поля в рассеивании тумана.
Потенциал поля
Работа сил электрического поля. Циркуляция вектора напряжённости электрического поля. Потенциал поля точечного заряда и системы зарядов. Связь между напряжённостью и потенциалом электрического поля. Эквипотенциальные поверхности.
Подходы к анализу нелинейной динамики жидкостей
Основная область моей научной деятельности - нелинейные явления в электрогидродинамике. Эти явления можно обнаружить, если наблюдать за поведением проводящей жидкости со свободной поверхностью во внешнем электрическом поле.
Землеройкообразный длинноязыкий вампир
Землеройкообразный длинноязыкий вампир Научная классификация Латинское название Glossophaga soricina (Pallas, 1766) Систематика на Викивидах Поиск изображений
О Салливан, Тимоти
Введение 1 Биография и творчество 2 Галерея изображений Список литературы Введение Тимоти Г. О’Салливан, англ. Timothy H. O’Sullivan (около 1840, Нью-Йорк — 14 января 1882, Статен-Айленд) — американский фотограф. Известность получили его фотографии Гражданской войны в США и Дикого Запада.
Хорсшу-Каньон
План Введение 1 История 2 Наскальные изображения 3 Доступ Введение Хорсшу-Каньон (англ. Horseshoe Canyon, ранее известный как Барьер-Каньон англ. Barrier Canyon) — находится к западу от Грин-Ривер и к северу от Национального парка Каньонлендс в округе Мейз, штат Юта, США. Известен произведениями наскального искусства, стиль которых получил название «стиль Барьер-Каньона».
Антарктический буревестник
Антарктический буревестник Научная классификация Латинское название Thalassoica antarctica Gmelin, 1789 Систематика на Викивидах Поиск изображений
Пулльман компания
План Введение 1 История 2 Компания 3 Корпоративный город 4 Проводники Введение Компания Пулльмана (Pullman Palace Car Company), основана Джорджем Пулльманом, производитель пассажирских вагонов с середины 19 в. до середины 20 в. Компания первая вывела на рынок ж.д. перевозок спальный вагон. Связанный с компанией профсоюз Brotherhood of Sleeping Car Porters (Братство провордников спальных вагонов), был одним из заметных проявлений афро-американцев в американской общественной жизни в 20 веке.
Рыба-жаба
Рыба-жаба Научная классификация Латинское название Opsanus tau (Linnaeus, 1766) Систематика на Викивидах Поиск изображений на Викискладе Рыба-жаба
Решение задачи с помощью программ Mathcad и Matlab
Разработка модели движения практически невесомой заряженной частицы в электрическом поле, созданном системой нескольких фиксированных в пространстве заряженных тел. При условии, что тела находятся в одной плоскости, но частица находится вне плоскости.
Цвет и палитра
Цвета и палитра Цвет имеет большое значение в компьютерной графике , т.к. он усиливает зрительное впечатление и повышает восприимчивость информации и изображений . Ощущение цвета формируется человеческим мозгом от светогого потока ,который попадает на сетчатку глаза от излучающих объектов .
Понятия и Законы электростатики
IV правовой курс Понятия и Законы электростатики. выполнил: Скородумов Денис Сергеевич г. Донецк 2002 г. Понятия и Законы электростатики. Электризация –
Авогадро Амедео
В начале своей научной деятельности Лоренцо Романо Амедео Карло Авогадро ди Кваренья э ди Черрето изучал электрические явления: объяснял поведение проводников и диэлектриков в электрическом поле, в частности поляризацию диэлектриков.