- •5.4. Контур с током в магнитном поле
- •5.5. Исследование практических задач. Определение отношения заряда электрона к его массе
- •5.6. Эффект Холла
- •1.1 Закон Био-Савара-Лапласа для элемента тока
- •1.2 Индукция магнитного поля в центре кругового тока
- •1.3 Индукция магнитного поля на оси кругового тока
- •1.4 Индукция магнитного поля прямолинейного тока
- •1.5 Циркуляция вектора в по замкнутому контуру. Вихревой характер магнитного поля
- •1.6 Магнитное поле соленоида
- •6.1. Закон Био - Савара - Лапласа
- •6.2. Магнитное поле кругового тока
- •6.3. Основные уравнения теории постоянного магнитного поля
- •6.4. Магнитное поле бесконечно длинного соленоида
- •6.5. Магнитное поле прямого тока
- •6.6. Взаимодействие токов
- •6.7. Pасчет индукции магнитного поля кругового тока
- •6.8. Расчет индукции магнитного поля на оси соленоида
- •6.9. Магнитное поле прямого отрезка с током
- •Ротор. Теорема Стокса.
- •6.10. Теорема Стокса
- •6.11. Вывод дифференциальных уравнений теории постоянного магнитного поля
- •7.1. Электрические токи в атомах и молекулах
- •7.2. Намагниченность вещества. Напряженность магнитного поля
- •7.3. Циркуляция вектора намагниченности *
- •7.4. Напряженность магнитного поля
- •7.5. Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость
- •7.6. Основные уравнения теории постоянного магнитного поля в веществе
- •7.7. Магнитное поле заполненного веществом соленоида
- •7.8. Условия на границе раздела двух магнетиков
- •8. Электромагнитная индукция
- •8.1. Закон Фарадея и правило Ленца
- •8.4. Индуктивность соленоида
- •8.5. Энергия магнитного поля
- •8.6. Вихревое электрическое поле в соленоиде
- •8.7. Токи Фуко
- •8.8. Индуктивность коаксиального кабеля
- •8.9. Взаимная индукция
- •8.10. Один из способов измерения магнитной индукции
- •9.1. Колебательный контур. Гармонические колебания
- •9.2. Затухающие электромагнитные колебания
- •9.3. Вынужденные электромагнитные колебания
- •9. Электромагнитные колебания
- •9.4. Дифференциальное уравнение затухающих электромагнитных колебаний
- •9.5. Дифференциальное уравнение вынужденных электромагнитных колебаний. Резонанс напряжения и резонанс тока
- •9.6. Переменный ток. Метод комплексных амплитуд
- •9.7. Мощность переменного тока
- •10. Электромагнитное поле
- •10.1. Уравнения Максвелла
- •10.2. Плотность и поток энергии электромагнитного поля
- •10.3. Вывод уравнения непрерывности из уравнений Максвелла
- •10.4. Вывод соотношения, связывающего плотность энергии электромагнитного поля и вектор Умова — Пойнтинга
- •10.5. Ковариантность уравнений Максвелла
- •1.22. Система уравнений Максвелла в сплошной среде. Граничные условия
- •1.22.1. Уравнения Максвелла в дифференциальной и интегральной формах
- •1.22.2. Граничные условия
- •1.22.3. Уравнения Максвелла в системе уравнений магнитостатики и электростатики
- •1.22.4. Пример
- •1.22.5. Приложение.
- •1.22.5.1. Формула Остроградского – Гаусса.
- •1.22.5.2. Формула Стокса.
- •Плоские электромагнитные волны Понятие электромагнитной волны.
- •Поперечный характер электромагнитных волн.
- •Фазовая и групповая скорости электромагнитной волны.
- •Заключение.
- •Движение заряженных частиц в магнитном и электрическом полях
- •Электрический ток в газах
- •Сверхпроводимость.
- •Контур с током в магнитном поле.
6.10. Теорема Стокса
Пусть в пространстве задано векторное поле а — а(г). Построим некоторую поверхность и вырежем из нее посредством контура С часть S (рис. 6.5). Про эту часть поверхности говорят, что она натянута на контур С. Про контур С можно сказать, что он ограничивает поверхность 5. Вырежем из поверхности 5 бесконечно малый прямоугольник площадью dS. Построим декартову прямоугольную систему координат так, чтобы ее начало О совпало с одной из вершин прямоугольника, а координатные оси х и у проходили через его стороны (рис. 6.14). Другие вершины прямоугольника обозначим А, В и С. Пусть стороны О А и ВС этого прямоугольника, параллельные оси х, равны dx, а стороны АС и СО, параллельные оси у, - dy. При этом вершины прямоугольника будут иметь следующие координаты:
A(dx,0,0), B(dx,dy,O), C(O,dy,O).
sin a da
(6.36) Для бесконечного провода а\ = 0 и (6.36) принимает вид
Вычислим циркуляцию
ladf
вектора а по контуру С\ = ОАВСО. Направим нормаль п к плоскости прямоугольника С\ вдоль оси z
где к - единичный орт, направленный вдоль оси z. элемент поверхности будет
dS = dx dy - площадь прямоугольника.
z k■
Рис. 6.14- К выводу теоремы Стокса
Будем обходить контур С\ так, чтобы направление обхода, т.е. направление векторов dl , было связано с направлением нормали п правилом правого винта. В таком случае векторный элемент контура будет
dl = Циркуляция вектора а по прямоугольнику С\ равна сумме криволинейных интегралов по его сторонам:
dx г на О А ,
dy j на АВ ,
— dx -г на ВС ,
-dy- j на СО.
-dy- j на СО
dS = dx dy - площадь прямоугольника.
z k
■ ■
Так как стороны прямоугольника С\ бесконечно малы, эти интегралы с большой точностью будут равны следующим произведениям:
/ аЖ = ах(0, 0, O)dx, I аЖ = ay(dx, О, 0) dx ,
ОА
А АВ
аЖ = -ах(0, dy, 0)dx, f аЖ = - ау(0, О, 0)dx .
Подстановка этих произведений в формулу (6.38) дает 1аЖ= - (ах(0, dy, 0) - ах(0, 0, 0)) dx + (ay(dx, 0, 0) - а„(0, 0, 0)) dy.
-»w- a,(0, dy, 0) - oe(0, 0, 0) = -~ dy, > ,., t
a,,(efa, 0, 0) - а„(0, 0, 0) = -£*- dx ,
дач дах
дх ду
Ротор вектора а есть вектор, декартовы координаты которого определены следующей формулой:
i j к
д_ д_ д_
дх ду dz
ах ау az
Согласно этой формуле проекция вектора rot а на ось z будет
да,, да (rota)* = -г. 9z ду
Теперь с учетом формулы (6.37) выражение (6.39) можно записать так:
1аЖ = rota dl . (6.40)
Таким образом, циркуляция вектора а по бесконечно малому прямо угольному контуру С\ равна потоку ротора rot а вектора а через плос кость, ограниченную этим прямоугольником.
Произвольную поверхность S можно разрезать на множество бесконечно малых прямоугольников С{. Докажем, что сумма циркуляции вектора а по этим прямоугольникам равна циркуляции вектора а по контуру С, который ограничивает поверхность S (рис. 6.5):
Так как получим rot a = dxdy
rot a =
2 Ф Sdl = Ф a dl
Рассмотрим два соприкасающихся прямоугольника С\ и Съ (рис. 6.15, а). Криволинейные интегралы
по совпадающим участкам контуров равны по абсолютной величине и противоположны по знаку. Поэтому их сумма равна нулю. Следовательно, справедливо равенство
I аЖ + IаЖ = I аЖ ,
где С - контур, огибающий оба прямоугольника С\ и Сг (рис. 6.15, б").
С2
■
A a) iVL б)
Рис. 6.15. К выводу теоремы Стокса ц
Аналогично, в левой части равенства (6.41) взаимно уничтожаются криволинейные интегралы по совпадающим участкам прямоугольников и остается только интеграл по кривой С, окаймляющей поверхность S. Согласно соотношению (6.40) каждое слагаемое в левой части равенства (6.41) равно элементарному потоку вектора rot а через поверхность dSi, ограниченную прямоугольником С». Так как поверхность dSi есть элемент поверхности S, левая часть равенства (6.41) будет равна полному потоку вектора rot а через поверхность S. Таким образом, доказана теорема Стокса:
Согласно этой теореме циркуляция вектора а по произвольному замкнутому контуру С равна потоку ротора этого вектора через произвольную поверхность S, натянутую на этот контур (рис. 6.5), при условии, что направление обхода контура (т.е. направление вектора dl) связано с направлением нормали п к поверхности S правилом правого винта.