Случай бесконечной плотности объемного заряда и бесконечного суммарного заряда

.

М. И. Векслер, Г. Г. Зегря

Cлучаи c бесконечной плотностью заряда ρ физически абсолютно невозможны, но они “появляются” в задачах с точечными зарядами, заряженными нитями и плоскостями. При этом возникают некоторые сложности, а именно: – неограниченность поля и потенциала;

– ρ = ± ∞ – как записать уравнение Пуассона?

– поле точечного заряда (): пытаемся посчитать div, а получается ноль – где же заряд?

– невозможность наличия каких-либо диэлектриков: если , то любой диэлектрик пробивается.

Преодолеть математическую часть описанных сложностей можно путем записи ρ через δ-функцию. В частности,

ρ(x, y, z)=(20)
ρ(x, y, z)=λ(z)-δ(x)δ(y) – бесконечная нить по оси z (заряд λ(z))
ρ(x, y, z)=σ(y, z)-δ(x) – бесконечная плоскость yz (заряд σ(y, z))

Мы не будем применять такой подход. Вместо этого, мы далее считаем ρ конечной величиной, в то время как заряженные бесконечно тонкие поверхности, нити и точечные заряды рассматриваем отдельно.

Смежная проблема: бесконечный суммарный заряд и – как следствие – некорректное поведение потенциала на ∞. Такое происходит в декартовой системе при ρ = ρ(x) и в цилиндрической (ρ = ρ(r)). В реальной задаче этого быть не может, т. к. есть ограничение и по другим координатам. В учебных примерах либо должно быть обеспечен нулевой суммарный заряд (), или же, понимая некорректность ситуации, необходимо задать φ = 0 в какой-либо точке не на бесконечности. Примером такой задачи является нахождение потенциала равномерно заряженного цилиндра.

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.


Случай бесконечной плотности объемного заряда и бесконечного суммарного заряда