§ 2. Электростатика
Рассмотрение этого вопроса полезно для последующего описания магнетизма. В статике имеем
Для точечного единичного заряда (в точке
Поясним: при постоянный множитель С находится из равенства
если V — сфера радиуса
Поскольку уравнения (2.1) линейны, решение для произвольного распределения зарядов находится интегрированием (2.2):
Это — действительно решение, если задана — но чаще задача ставится иначе (например, о поле проводника заданной формы).
Объемная сила (называемая пондеромоторной) в электростатике равна
Покажем, что эти силы потенциальны, причем потенциалом является электрическая энергия
Интегрирование — по всему безграничному пространству (“полному полю”, по терминологии И. Е. Тамма [94]). При виртуальных перемещениях и должно быть
(волна сверху означает варьирование).
Доказательство (2.6) начнем преобразованием
Дивергенция (подчеркнута) исчезает при интегрировании по полному полю, поскольку на бесконечности поле стремится к нулю. Вариация плотности от уравнения Пуассона (2.1). Далее используем уравнение баланса заряда
аналогичное (3.2.5). Подстановка (2.8) в (2.7) позволяет завершить доказательство (2.6):
Это нетривиальное, хотя и короткое, доказательство (есть в[94]) предпочтительнее распространенного рассуждения с системой точечных зарядов потому, в частности, что энергия поля точечного заряда бесконечна (расходящийся интеграл).
Пондеромоторные силы, с которыми электростатическое поле действует на среду, определяются формулой (2.4). Но в литературе встречается другое представление, которое может вызвать недоразумения. Рассмотрим так называемый тензор Максвелла
(читатель отличит, конечно, единичный тензор от электрического вектора). Для (2.9) имеем
Две системы нагрузок — объемных/и поверхностных статически эквивалентны (т. е. имеют одинаковые главные векторы и главные моменты). Но это не означает полной эквивалентности, для деформируемого тела эти нагрузки различны.