§ 33д. Функция Грина для кольцевой цилиндрической полости.
В качестве примера использования модифицированных бесселевых функции вычислим потенциал, обусловленный маленьким зарядом
расположенным в точке
внутри цилиндрической кольцевой полости с проводящими стенками, уравнения которых суть
Частвый случай,
соответствует цилиндрической полости, для которой в § 30к было получено решение, содержащее бесселевы функции.
Поскольку ни
ни
не имеют действительных корней, для получения функции, обращающейся в нуль при заданном значении
потребуется, очевидно, их комбинация. Ясно, что искомая функция имеет вид
Так как эта функция обращается в нуль, вообще говоря, лишь при одном значении
то в областях вблизи внутренней и вблизи ввешвей
ниц необходимо пользоваться различными функциями, которые должны, конечно, совпадать при
Нетрудно написать две такие функции, обращающиеся в нуль на поверхности проводников и совпадающие друг с другом при
Они имеют вид при
или
при
Эти решения имеют должную симметрию относительно
Для определения коэффициентов
можно воспользоваться теоремой Гаусса о потоке электрической индукции, применив ее к области, окружающей заряд.
Допустим, что заряд
сосредоточен в маленькой области на поверхности цилиндра
в окрестности точки
Эта область принимается настолько малой, что физически ее невозможно измерить, однако математически она не является точкой, благодаря чему потенциал и напряженность поля всюду конечны. Согласно формуле (1.27), интеграл по двум сторонам поверхности цилиндра
равен
Из выражений (5.428) и (5.429) следует
При помощи решения (5.409) это выражение можно записать следующим образом:
Положим теперь
умножим правую и левую части на
и проинтегрируем по поверхности цилиндра
Все члены в правой части, за исключением тех, для которых
обращаются в нуль (см. Двайт, 858.1 и 858.2). Оставшиеся интегралы, кроме
вычисляются по формуле (Двайт, 858.4). Для вычисления интеграла в левой части заметим, что если размеры заряда достаточно малы, то
дар и
имеют постоянные значения, равные соответственно единице и
и могут быть вынесены из-под знака интеграла. Поэтому, учитывая, что
в левой части получаем интеграл (5.430). При
имеем
При
коэффициент
в правой части отсутствует, поскольку
Определяя
из соотношения (5.432) и подставляя в выражения
находим
где
Для цилиндрической полости (случай, рассмотренный в §
с применением бесселевых функций) следует положить
так что приведенные выше выражения для потенциала примут вид
Как видно из выражения для потенциала
, последний удовлетворяет всем граничным условиям, конечен, но не обращается в нуль на оси. Когда заряд расположен на оси, следует пользоваться формулой (5.436), опустив суммирование по
и положив