EM2014-Chapter-1-3-格林定理和亥姆霍兹定理
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一、名词解释1.通量、散度、高斯散度定理通量:矢量穿过曲面的矢量线总数。
(矢量线也叫通量线,穿出的为正,穿入的为负)散度:矢量场中任意一点处通量对体积的变化率。
高斯散度定理:任意矢量函数A的散度在场中任意一个体积内的体积分,等于该矢量函在限定该体积的闭合面的法线分量沿闭合面的面积分。
2.环量、旋度、斯托克斯定理环量:矢量A 沿空间有向闭合曲线C 的线积分称为矢量A沿闭合曲线l的环量。
其物理意义随A所代表的场而定,当A为电场强度时,其环量是围绕闭合路径的电动势;在重力场中,环量是重力所做的功。
旋度:面元与所指矢量场f之矢量积对一个闭合面S的积分除以该闭合面所包容的体积之商,当该体积所有尺寸趋于无穷小时极限的一个矢量。
斯托克斯定理:一个矢量函数的环量等于该矢量函数的旋度对该闭合曲线所包围的任意曲面的积分。
3.亥姆霍兹定理在有限区域V内的任一矢量场,由他的散度,旋度和边界条件(即限定区域V的闭合面S上矢量场的分布)唯一的确定。
说明的问题是要确定一个矢量或一个矢量描述的场,须同时确定其散度和旋度4.电场力、磁场力、洛仑兹力电场力:电场对电荷的作用称为电场力。
磁场力:运动的电荷,即电流之间的作用力,称为磁场力。
洛伦兹力:电场力与磁场力的合力称为洛伦兹力。
5.电偶极子、磁偶极子电偶极子:一对极性相反但非常靠近的等量电荷称为电偶极子。
磁偶极子:尺寸远远小于回路与场点之间距离的小电流回路(电流环)称为磁偶极子。
6.传导电流、位移电流传导电流:自由电荷在导电媒质中作有规则运动而形成的电流。
位移电流:电场的变化引起电介质内部的电量变化而产生的电流。
7.全电流定律、电流连续性方程全电流定律(电流连续性原理):任意一个闭合回线上的总磁压等于被这个闭合回线所包围的面内穿过的全部电流的代数和。
电流连续性方程:8.电介质的极化、极化矢量电介质的极化:把一块电介质放入电场中,它会受到电场的作用,其分子或原子内的正,负电荷将在电场力的作用下产生微小的弹性位移或偏转,形成一个个小电偶极子,这种现象称为电介质的极化。
例16 求V3解由上节例中可知因此根据(1.41c)式式中代人,在r#r',即及式0处V)J_ = A_ A^o R R3 V但由上式不能确定V2j在r-/点,即7?=0点的值,为此,计算▽■募V V 5以上应用了髙斯定理将体积分转换为面积分。
如果以上体积分中不包含/点,则在体积分体积中R^O,体积分的被积函数为零,积分也为零;如果以上体积分中包含r1点,可将积分体积设为中心在点,以a为半径的球,则在该球面上半径R=a为常数,X的方向与球面的法线方向相同,因此也就是—忐去=0对于三维<函数8(R)^S(r-r')^S(x~x' )S(y~y' )5(z—/),有S⑻=0 穴关0卜dv C比较可知-忐去4⑻即去=—inS(R)(1.4-12)去)dV =fl▽■▽I:-7▽ 2^dV=_V亥姆霣兹定理:若矢量场f•在无限空间中处处单值,且其导数连续有界,源分布在有限区域中,则当矢量场的散度及旋度给定后,该矢量场可表示为F(r) =- ▽0(r) +V X A(r) 式中V 证根据5函数的性质F(r) = JJ - r)dW(1.6-3)(1-6-4)(1- 6-5)(1.6-6) 将= 代人上式,V考虑到微分运算与积分运算的变量不同,由上式可得v^v\AV , V利用矢量恒等式,VXVX4=W-A-V !A,上式可写为 F(r> 二—▽▽ ■i^dW) + V X V X j^d^) V V即F(r) =—▽*+▽ x A 0(r) = V •仲)=v X i^VT dr > V(1.6-3)式得证。
将(1.6-8)和(1.6-9)式中的徽分与积分运算交换次序,分别得 中⑺:O=認▽ xV =—W X vVFC^ x v ,T^VT dv ,二 a厦,V V r X F<〆) 式中(1.6-7〉(1.6-8)(1.6-9〉V- M s(1.6-10)(1.6-11)打〆).v (t , \-|)dy ,A(r) = ▽ X<1.6-10)和(1.6-11)式的体积分是无限空间区域,封闭面积分是包围无限大空间区域的无限大的曲面。