הרצאה 7 – סיכום תכונות אנליטיות של השדה הווקטורי, שימוש לשדה האלקטרוסטטי, משוואות השדה האלקטרוסטטי
סיכום תכונות אנליטיות של שדה ווקטורי
יהי השדה הווקטורי
.
שדה ווקטורי – הערך בכל נקודה
ונקודה משתנה בגודל ובכיוון. (דוגמאות: רוח, מים, שדה חשמלי).
צפיפות השטף – פונקציה סקלרית |
 |
צפיפות הסירקולציה – פונקציה
ווקטורית |
 |
משפט גאוס – יהי נפח סופי V,
ויהי המשטח הסוגר עליו S, אזי: |
 |
משפט סטוקס – יהי S הינו
משטח חלק ופתוח ששפתו C, אזי: |
 |
שימוש לשדה האלקטרוסטטי
חוק קולון: |
 |
שדה אלקטרוסטטי: |
 |
שדה חשמלי יורד לפי , לכן מתקיים חוק גאוס:
|
 |
משפט גאוס לשדה החשמלי:
משפט גאוס מקשר בין השדה החשמלי בנקודה מסויימת לבין
צפיפות המטען בנקודה. |

 |
כוח קולון הוא כוח מרכזי, ולכן הוא כוח משמר. |
|
חוק שימור האנרגיה על מסלול
סגור: |
 |
משפט סטוקס:
מתקיים כי תמיד. |
 |
חוק שימור האנרגיה: |
 |
משוואות השדה האלקטרוסטטי
חוק גאוס:


בצורה דיפרציאלית:


הוא שדה משמר, ולכן ניתן
להגדיר פונקציית פוטנציאל.
הינה פונקציית פוטנציאל
אלקטרוסטטית (סקלרית).
מתקיים:
.
נציב בחוק גאוס:

נגדיר את הל?פ?ל?ס?ין עבור קורדינטות
קרטזיות:

נמשיך את הפיתוח: |
 |
משוואות פואסון: |
 |
המשוואה קושרת את צפיפות המטען לנגזרות השניות של הפוטנציאל.
משוואת לפלס:
בכל מקום בו
, כלומר, בכל חלקי המרחב שאינם מכילים מטען חשמלי, הפוטנציאל
החשמלי
חייב לקיים את המשוואה:
. משוואה זו מכונה משוואת לפלס.
פתרון פורמלי למשוואת פואסון:

כאשר
הוא מקור, והפתרון נכון עבור התפלגות סופית.
משפט היחידות
נתונה משוואת לפלס
ותנאי שפה
, אם
מקיימת את המשוואה ומקבלת את
ערכי השפה
אז היא פתרון יחיד.
תיקון על התאבכות של N סדקים
כתבת בהערה השנייה שיש יותר מינימות מאשר מקסימות אך זה לא נכון (מכיוון שהפונקציה גזירה...), בין כל 2 מקסימות יש מינימה ובין כל 2 מינימות יש מקסימה.