Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO
§ 15. Электрические силы в жидком диэлектрикеВопрос о вычислении сил (их называют пондеромоторными), действующих на диэлектрик в произвольном неоднородном электрическом поле, довольно сложен и требует раздельного рассмотрения для жидких (или газообразных) и твердых тел. Мы начнем с более простого случая жидких диэлектриков. Будем обозначать посредством Как известно, силы, действующие на какой-либо конечный объем тела, могут быть сведены к силам, приложенным к поверхности этого объема (см. VII § 2). Это обстоятельство является следствием закона сохранения импульса. Сила, действующая на вещество в объеме
где интегрирование в правой части равенства производится по поверхности объема V. Тензор
есть i-я компонента силы, действующей на элемент поверхности Аналогичным образом сводится к интегралу по поверхности также и полный момент сил, действующих на данный объем, чем обеспечивается выполнение закона сохранения момента импульса. Как известно, возможность этого сведения связана с симметричностью тензора напряжений Преобразуя интеграл по поверхности в (15,1) в интеграл по объему, получим
и отсюда, ввиду произвольности объема интегрирований,
Это известная формула, выражающая объемные силы через тензор напряжений. Приступим теперь К вычислению тензора напряжений. Каждый малый участок поверхности можно рассматривать как плоский; а тело и электрическое поле вблизи него как однородные. Поэтому для упрющенйя вывода мы можем Следуя общему методу определения сил, подвергнем одну из обкладок («верхнюю») параллельному виртуальному смещению на бесконечно малую величину направление На единицу площади поверхности действует со стороны самого тела (слоя) сила —
Термодинамические величины жидкости зависят (при данных температуре и напряженности поля) только от ее плотности; деформации, не меняющие плотности (деформации сдвига), не отражаются на термодинамическом состоянии. Поэтому для изотермической вариации
Изменение плотности слоя вещества связано с изменением его толщины соотношением В данную точку пространства (с радиус-вектором
где Е — однородное поле внутри недеформйрованного слоя. Но ввиду однородности деформации имеем
где z — расстояние от нижней поверхности. Поэтому вариация напряженности поля
Подставляя все полученные выражения в (15,4) и учитывая также, что
Отсюда окончательно находим следующее выражение для тензора напряжений:
В изотропных средах, которые здесь и рассматриваются, направления Е и D совпадают. Поэтому При линейной связи
(см. (10,17));
Поэтому при подстановке (15,8) в (15,7) получим
В пустоте это выражение переходит в известный максвелловский тензор напряжений электрического поля. Силы, с которыми действуют на поверхность раздела две соприкасающиеся различные среды, должны быть равны и противоположны:
На границе двух изотропных сред равенство тангенциальных составляющих сил соблюдается тождественно. Действительно, подставив (15.7) в (15.10) и взяв тангенциальную компоненту, получим
Но это равенство удовлетворяется уже в силу граничных условий непрерывности Рассмотрим, например, границу между жидкостью и атмосферой (для последней можно положить
Учитывая граничные условия
Это соотношение надо понимать как уравнение, определяющее плотность Определим теперь действующие в диэлектрической среде объемные силы. Дифференцируя согласно (15,2) выражение (15,9), получим
При учете уравнения
обращающейся в нуль ввиду того, что
Если в диэлектрике имеются сторонние заряды с объемной плотностью
не следует, однако, думать, что этот результат самоочевиден (ср. задачу 3 § 16). В газе, как уже было указано в § 7, можно считать разность
Формула (15,12) справедлива для сред как однородных, так и неоднородных по своему составу. В неоднородной среде
Тогда (15,12) приобретает вид:
Если и температура постоянна вдоль тела, то третий член обращается в нуль, а в первом можно заменить
где В частности, условие механического равновесия
в согласии с общим термодинамическим условием равновесия. Обычно это условие может быть написано в еще более лростом виде. Изменение плотности среды
отличающемся от (15,17) тем, что вместо В заключение этого параграфа покажем, каким образом можно вывести непосредственно выражение для силы (15,12) из формулы (14,1), - если не ставить себе целью вычисление тензора напряжений. Рассмотрим неограниченную неоднородную диэлектрическую среду, подвергаемую изотермической малой деформации, обращающейся в нуль на бесконечности. Вариация
связанного с тем, что в результате деформации в заданную точку
связанного с изменением плотности вещества в точке
(первый член — вариация свободной энергии в отсутствие поля). Проинтегрировав в (15,19) члены с
|
1 |
Оглавление
|