согласно (22.7), вычислить заряды
проводников. В то же время, по теореме единственности (см. § 22), функция
однозначно определяется потенциалами проводников
Поэтому и заряды проводников
некоторые однозначные функции всех потенциалов
Из-за линейности уравнений поля (22.4) эти функции могут быть только линейными. Поэтому должна существовать связь вида
Постоянные коэффициенты
называются емкостными коэффициентами системы проводников, а — потенциальными коэффициентами. При этом коэффициенты С и называют собственными емкостями,
при
коэффициентами взаимной емкости или коэффициентами электростатической индукции.
(см. скан)
Из (24.5) следует, что
поэтому [см. (24.4)]
тогда как
Последнее обстоятельство является выражением того простого факта, что на проводниках всегда наводятся заряды противоположного знака. В самом деле, если заземлить все проводники, кроме
то наведенный на
проводнике заряд [см. (24.2)] равен
Но если
то очевидно, что собственный заряд
проводника
тогда как наведенные заряды
при
Наконец, из (24.5) с учетом связи
вытекает, что коэффициенты
симметричны, т. е.
Поэтому симметричными являются и емкостные коэффициенты:
(соотношение взаимности). Его часто формулируют в виде теоремы взаимности Грина, смысл которой состоит в следующем.
Рассмотрим два состояния одной и той же системы проводников. Пусть в одном из них заряды и потенциалы проводников
а в другом
Тогда, используя (24.2) и (24.6), имеем
Это и есть теорема взаимности Грина. Для одиночного проводника
где С — собственная емкость проводника. В частности, для металлического шарика радиуса а, находящегося в однородном диэлектрике с проницаемостью в и несущего заряд
получаем
т.е.
В случае двух проводников, несущих равные и противоположные заряды
Такая система проводников обычно называется конденсатором, а коэффициент С — его емкостью.
(см. скан)
Если обкладки конденсатора расположены очень близко друг от друга, то в соответствии с (24.5) имеем
так что приближенно можно считать
тогда как
Таким образом, согласно (24.10), емкость конденсатора примерно равна
(см. скан)
Выразим теперь энергию системы заряженных проводников через их потенциалы или заряды. Подставляя в (24.1) последовательно (24.2) и (24.3), находим
Отсюда следует еще одно явно симметричное представление для емкостных и потенциальных коэффициентов:
Из условия положительности квадратичной формы (24.11) получаем полезные неравенства