- •Молекулярно-кинетическая теория (статистика) и термодинамика
- •Масса и размеры молекул
- •Состояние системы. Процесс.
- •Внутренняя энергия системы. Первое начало термодинамики. Элементарное количество теплоты и работы.
- •Температура. Измерение температуры.
- •Уравнение состояния идеального газа. Абсолютная температура.
- •Уравнение кинетической теории газов для давления. Закон Дальтона
- •Идеальный газ во внешнем поле.
- •Распределение Максвелла
- •Равнораспределение энергии по степеням свободы.
- •Внутренняя энергия и теплоемкость идеального газа.
- •Цикл Карно
- •Природа необратимости
- •Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса.
- •Неравновесные процессы.
- •Диффузия.
- •Теплопроводность.
- •Представление об электрическом поле.
- •Взаимодействие зарядов. Закон Кулона.
- •Напряженность поля.
- •Суперпозиция полей.
- •Поле диполя. Напряженность поля электрического диполя.
- •Линии напряженности. Поток вектора напряженности.
- •5. Теорема Гаусса
- •6. Напряженность для различных конфигураций источников поля.
- •2. Поле двух разноименно заряженных плоскостей.
- •7. Работа сил электростатического поля
- •8. Потенциал
- •9. Связь между напряженностью электрического поля и потенциалом
- •Поле диполя. Потенциал поля электрического диполя.
- •Электрическое поле в диэлектриках
- •10. Полярные и неполярные молекулы
- •11. Диполь в однородном и неоднородном электрических полях
- •12. Поляризация диэлектриков
- •Связь поляризации и связанных зарядов.
- •14. Поляризация и плотность связанных зарядов.
- •15. Описание поля в диэлектриках
- •Электрический ток в металлах и полупроводниках Природа носителей тока в металлах
- •Элементарная классическая теория металлов
- •Магнетизм. Магнитное поле в вакууме. Взаимодействие токов. Закон Ампера для длинных проводников.
- •Магнитное поле
- •Закон Био – Савара. Поле движущегося заряда
- •Действие магнитного поля на токи и заряды Сила, действующая на ток в магнитном поле.
- •Сила Лоренца
- •Работа, совершаемая при перемещении тока в магнитном поле
- •Магнитное поле в веществе Магнитное поле в веществе
- •Магнетики
- •§ 50. Классификация магнетиков
- •Магнитомеханические явления. Магнитные моменты атомов и молекул
- •Диамагнетизм
- •Парамагнетизм
- •Ферромагнетизм.
5. Теорема Гаусса
Окружающую точечный заряд q сферическую поверхность любого радиуса r пересекает линий Е. То есть, из точечного заряда выходит (либо к нему сходится) линий. В соответствии с (9) поток вектора Е через некоторую поверхность численно равен количеству линий Е, пересекающих эту поверхность. Следовательно, поток вектора Е через охватывающую заряд сферическую поверхность равен . Знак потока совпадает со знаком заряда.
Независимость потока от поверхности. Поток вектора Е равен для поверхности любой другой формы, если она замкнута и заключает внутри себя точечный заряд q,. Для поверхности, не имеющей «морщин» (рис. 10,а), это утверждение очевидно. Действительно, такая поверхность, как и поверхность сферы, пересекается каждой линией Е только один раз.
Поэтому число пересечений равно количеству линий, выходящих из заряда, т. е. . При вычислении потока через поверхность с «морщинами» (на рис. 10,6 показана только одна из линий Е) нужно учесть, что число пересечений данной линии с поверхностью может быть в рассматриваемом случае только нечетным, причем эти пересечения будут вносить в общий поток попеременно то положительный, то отрицательный вклад. То есть, сколько бы раз данная линия не пересекала поверхность, результирующий вклад в поток будет равен либо плюс единице (для линии, выходящей в конечном счете наружу), либо минус единице (для линии, входящей внутрь). Таким образом, какова бы ни была форма замкнутой поверхности, охватывающей точечный заряд q, поток вектора Е сквозь эту поверхность оказывается равным .
Пусть внутри некоторой замкнутой поверхности заключено несколько точечных зарядов произвольных знаков: q1, q2 и т. д. Поток вектора Е по определению равен
(12)
(кружок у знака интеграла указывает на то, что интегрирование производится по замкнутой поверхности). В силу принципа суперпозиции полей
(13)
Подстановка (13) в выражение для потока дает
где – нормальная составляющая напряженности поля, создаваемого i-м зарядом в отдельности. Последняя перестановка операции суммирования и интегрирования возможна, так как i относится к нумерации зарядов, интегрирование ведется по произвольной поверхности.
Выше было показано:
Следовательно,
(14)
Это утверждение носит название теоремы Гаусса. Теорема может быть сформулирована следующим образом: поток вектора напряженности электрического поля через замкнутую
Рис. 11. |
В частности. Если внутри поверхности заряды отсутствуют, поток равен нулю. В этом случае напряженность поля создавается зарядами, расположенными вне поверхности. Каждая линия напряженности пересекает поверхность четное число раз, выходя наружу столько же раз, сколько и входя внутрь (рис. 11). В итоге вклад, вносимый в поток каждой из линий, будет равен нулю. Если заряд распределен внутри замкнутой поверхности непрерывно с объемной плотностью , теорема Гаусса должна быть записана следующим образом:
(15)
где интеграл справа берется по объему V, охватываемому поверхностью S.