какое поле называется потенциальным

Потенциальность электростатического поля

Потенциальное (консервативное) поле − это поле, в котором работа при перемещении зависит только лишь от конечной и начальной точки пути и не зависит от траектории движения тела.

Что такое потенциальное поле

Есть и другое абсолютно равнозначное определение потенциальности поля (консервативной силы).

Известно, что сила гравитации F G

На основе принципа суперпозиции из потенциальности поля точечного заряда следует потенциальность произвольного электростатического поля.

Легко докажем это математически. Циркуляция вектора напряженности поля точечного заряда E i → по любому замкнутому контуру равняется 0 :

Если поле создает N точечных зарядов, тогда по принципу суперпозиции результирующее поле находим как:

Что такое ротор. Практические задачи

Ротор − это вектор, проекция которого на направление единичного вектора n → определяется таким образом:

Обращаем внимание, что в формуле большой буквой S обозначена площадь, а маленькой буквой s − линейное перемещение.

Ротор описывает интенсивность «завихрения» вектора. На практике при вычислении ротора применяют следующие формулы:

Независимость работы от пути перемещения заряда в электростатическом поле выражается формулой:

где L 1 и L 2 − это различные пути между точками А и В . При замене местами пределов интегрирования получаем:

Выражение ∫ A L 1 B E → · d s → = ∫ A L 2 B E → · d s → представим в виде:

к уравнению выше, получаем:

Это дифференциальная формулировка потенциальности электростатического поля.

Необходимо найти r o t n υ → для точек оси вращения, если υ → − это вектор скорости точек твердого тела, вращающегося с угловой скоростью ω вокруг оси коллинеарной n →

Решение

В качестве контура L выберем окружность радиусом R с центром на оси вращения, перпендикулярную оси (рисунок 1 ). Известно, что:

где ∮ d s = 2 π R − это длина окружности.

Необходимо доказать, что из условия потенциальности поля следует: тангенциальные составляющие напряженности электростатического поля непрерывны.

Решение

Поскольку электростатическое поле потенциально, тогда выполняется равенство:

Тангенциальные составляющие − это касательные к произвольной поверхности в любой ее точке. Непрерывность значит, что значения касательных составляющих напряженности одинаковы по обеим сторонам поверхности.

Источник

Потенциальное поле

Потенциальное (или безвихревое) векторное поле в математике — векторное поле, которое можно представить как градиент некоторой скалярной функции координат (потенциала). Необходимым условием потенциальности векторного поля в трёхмерном пространстве является равенство нулю ротора поля. Однако это условие не является достаточным (например, в многосвязной области у безвихревого поля может не существовать скалярный потенциал).

В физике, имеющей дело с силовыми полями, математическое условие потенциальности силового поля можно представить как требование равенства нулю работы при перемещении частицы, на которую действует поле, по замкнутому контуру. В качестве потенциала поля в этом случае можно выбрать работу по перемещению пробной частицы из некоторой произвольно выбранной исходной точки в заданную точку (по определению эта работа не зависит от пути перемещения). Например, потенциальными являются статическое электрическое поле, а также гравитационное поле в ньютоновой теории гравитации.

См. также

Полезное

Смотреть что такое «Потенциальное поле» в других словарях:

потенциальное поле — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN potential field … Справочник технического переводчика

Читайте также: Комфорт twin что это

потенциальное поле — potencialinis laukas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Potencialinės jėgos, išreikštos skaliarine funkcija – potencialo gradientu, laukas, pvz., elektrostatinis laukas. atitikmenys: angl. potential field vok.… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

потенциальное поле — potencialinis laukas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Skaliarinio potencialo laukas. atitikmenys: angl. potential field vok. Potentialfeld, n rus. потенциальное поле, n pranc. champ potentiel, m … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

потенциальное поле — potencialinis laukas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. potential field vok. potenzielles Feld, n rus. потенциальное поле, n pranc. champ potentiel, m … Fizikos terminų žodynas

Потенциальное поле — консервативное поле, векторное поле, циркуляция которого вдоль любой замкнутой траектории равна нулю. Если П. п. силовое поле, то это означает равенство нулю работы сил поля вдоль замкнутой траектории. Для П. п. а (М) существует такая… … Большая советская энциклопедия

векторное потенциальное поле — vektorinis potencialinis laukas statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. vector potential field vok. Potentialfeld, n; Vektorpotentialfeld, n rus. векторное потенциальное поле, n pranc. champ vectoriel à potentiel, m … Radioelektronikos terminų žodynas

векторное потенциальное поле — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN vector potential field … Справочник технического переводчика

Потенциальное векторное поле — Потенциальное (или безвихревое) векторное поле в математике векторное поле, которое можно представить как градиент некоторой скалярной функции координат (потенциала). Необходимым условием потенциальности векторного поля в трёхмерном… … Википедия

потенциальное силовое поле — Силовое поле, для которого существует силовая функция. Примечание. Силы в этом силовом поле называются потенциальными силами. [Сборник рекомендуемых терминов. Выпуск 102. Теоретическая механика. Академия наук СССР. Комитет научно технической… … Справочник технического переводчика

Источник

Потенциальное векторное поле

Из Википедии — свободной энциклопедии

Потенциальное (или безвихревое) векторное поле в математике — векторное поле, которое можно представить как градиент некоторой скалярной функции координат. Необходимым условием потенциальности векторного поля в трёхмерном пространстве является равенство нулю ротора поля. Однако это условие не является достаточным — если рассматриваемая область пространства не является односвязной, то скалярный потенциал может быть многозначной функцией.

В физике, имеющей дело с силовыми полями, математическое условие потенциальности силового поля можно представить как требование равенства нулю работы при мгновенном перемещении частицы, на которую действует поле, по замкнутому контуру. Этот контур не обязан быть траекторией частицы, движущейся под действием только данных сил. В качестве потенциала поля в этом случае можно выбрать работу по мгновенному перемещению пробной частицы из некоторой произвольно выбранной исходной точки в заданную точку (по определению эта работа не зависит от пути перемещения). Например, потенциальными являются статическое электрическое поле, а также гравитационное поле в ньютоновой теории гравитации.

В некоторых источниках потенциальным полем сил считается только поле с потенциалом, не зависящим от времени. Это связано с тем, что потенциал для сил, зависящий от времени, вообще говоря, не является потенциальной энергией тела, движущегося под действием этих сил. Поскольку силы совершают работу не одномоментно, работа сил над телом будет зависеть от его траектории и от скорости прохождения по ней. В этих условиях сама потенциальная энергия не определена, так как по определению должна зависеть только от положения тела, но не от пути. Тем не менее, и для этого случая потенциал для сил может существовать, и может входить в уравнения движения так же, как и потенциальная энергия для тех случаев, когда она существует.

Для поля сил и потенциала сил эта же формула записывается как

∫ P v → ⋅ d r → = ϕ ( B ) − ϕ ( A ) <\displaystyle \int _

<\vec >\cdot d<\vec >=\phi (B)-\phi (A)> ,

Интеграл по замкнутому контуру обращается в 0, поскольку начальная и конечная точка совпадают. И наоборот, предыдущую формулу можно вывести из этой, если разбить замкнутый контур на два незамкнутых.

На языке дифференциальных форм потенциальное поле — это точная 1-форма — то есть форма, которая является (внешним) дифференциалом 0-формы (функции). Градиенту соответствует взятие внешнего дифференциала от 0-формы (потенциала), ротору соответствует взятие внешнего дифференциала от 1-формы (поля). Необходимое условие следует из того, что второй внешний дифференциал всегда равен нулю: d 2 = 0 <\displaystyle d^<2>=0> . Интегральные формулы следуют из (обобщённой) теоремы Стокса.

Источник

Потенциальные, соленоидальные и

1. Потенциальное поле

Пусть есть две точки А и В.

Пусть – поле.

Поле называется потенциальным, если выполняется одно из условий:

Поле называется центральным, если О тсюда следует, что потенциально:

2. Соленоидальное поле

Поле – соленоидальное, если его дивергенция равна нулю:

По формуле Гаусса–Остроградского:

Поток соленоидального поля через любую поверхность равен нулю. Соленоидальные поля характерны для движения потоков жидкостей и газов.

Поток через боковую поверхность S _бок всегда равен нулю, так как направлен по касательной к этой поверхности.

Поток через S ₁ равен потоку через S ₂ с обратным знаком – «сколько вошло, столько вышло».

Докажем также, что :

Рассчитаем площадь поверхности сферы:

Пол теореме о среднем:

Перейдем к пределу:

Это выражение можно рассматривать, как определение дивергенции. Из него видно, что дивергенция не зависит от системы координат, в которых решается задача.

Ротор является инвариантом относительно системы координат.

3. Гармоническое поле

Гармоническим называется поле, для которого и ротор и дивергенция равны нулю.

Это выражение – уравнение Лапласа. Его решением является гармоническая

функция, поэтому поле, обладающее такими свойствами, называется гармоническим.

В качестве примера рассмотрим гравитационное поле, которое является единственным центральным полем, одновременно имеющим свойства гармонического.

Докажем, что всякое центральное гармоническое поле – гравитационное и наоборот.

Источник

Какое поле называется потенциальным

Теорема о циркуляции вектора поля

Щелкните по ссылке » Потенциал и работа электростатического поля «, чтобы ознакомиться с презентацией раздела в формате PowerPoint. Для возврата к данной странице закройте окно программы PowerPoint.

В предыдущей теме было показано, что взаимодействие между покоящимися зарядами осуществляется через электростатическое поле. Описание электростатического поля мы рассматривали с помощью вектора напряженности , равного силе, действующей в данной точке на помещенный в неё пробный единичный положительный заряд

Существует и другой способ описания поля – с помощью потенциала. Однако для этого необходимо сначала доказать, что силы электростатического поля консервативны, а само поле потенциально.

Рассмотрим поле, создаваемое неподвижным точечным зарядом . В любой точке этого поля на пробный точечный заряд q действует сила (рис. 3.1).

Рис. 3.1

где F(r)– модуль вектора силы , – единичный вектор, определяющий положение заряда q относительно q´, ε₀ – электрическая постоянная.

Для того, чтобы доказать, что электростатическое поле потенциально, нужно доказать, что силы электростатического поля консервативны. Из раздела «Физические основы механики» известно, что любое стационарное поле центральных сил является консервативным, т.е. работа сил этого поля не зависит от формы пути, а только от положения конечной и начальной точек.

Вычислим работу, которую совершает электростатическое поле, созданное зарядом q´ по перемещению заряда q из точки 1 в точку 2.

Работа на пути dlравна:

где dr – приращение радиус-вектора при перемещении на dl; т. е.

Тогда полная работа при перемещении q´ из точки 1 в точку 2 равна интегралу:

Получили, что работа электростатических сил не зависит от формы пути, а только лишь от координат начальной и конечной точек перемещения. Следовательно, силы поля консервативны, а само поле – потенциально.

Этот вывод можно распространить и на поле, созданное системой зарядов, так как по принципу суперпозиции полей: .

Итак, как и в механике, любое стационарное поле центральных сил является консервативными, т.е. работа сил этого поля не зависит от формы пути, а только от положения начальной и конечной точек. Именно таким свойством обладает электростатическое поле – поле, образованное системой неподвижных зарядов. Если в качестве пробного заряда, перенесенного из точки 1 (рис. 3.2) заданного поля в точку 2, взять положительный единичный заряд q, то элементарная работа сил поля будет равна:

Тогда вся работа равна:

Такой интеграл по замкнутому контуру называется циркуляцией вектора .

Из независимости линейного интеграла от пути между двумя точками следует, что по произвольному замкнутому пути:

Это утверждение и называют теоремой о циркуляции .

Для доказательства теоремы разобьем произвольно замкнутый путь на две части: 1а2 и 2b1 (рис. 3.2). Из сказанного выше следует, что

(Интегралы по модулю равны, но знаки противоположны). Тогда работа по замкнутому пути:

Поле, обладающее такими свойствами, называется потенциальным. Любое электростатическое поле является потенциальным.

Источник