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第十二章,格林函数,12.1,泊松方程的格林函数法,有源问题,定解通解边界条件,求通解积分,定解积分边界条件 (格林函数法),1. 源问题,例 静电场,处静电场,a.无界空间,b.有界空间,边界上可能出现感应电荷,处静电场是源电荷与感应电荷 的电势之和。,感应电荷是源电荷的结果。,计算变成,由,计算感应电荷,然后,是否能一次解决,定解通解边界条件,求通解积分,定解积分边界条件 (格林函数法),2. 格林公式,第一格林公式:,区域 T,边界,T,设 和 在 T 中具有连续二阶导数, 在 上有连续一阶导数。由高斯定理,感应电荷 是边界问题,第二格林公式:,交换 和 :,与上式相减,即,法向导数,3. 边值问题,泊松方程,边界条件,定义在,第一类边界条件,第二类边界条件,第三类边界条件,泊松方程与第一类边界条件,构成第一边值问题(狄里希利问题),泊松方程与第二类边界条件,构成第二边值问题(诺依曼问题),泊松方程与第三类边界条件,构成第三边值问题,4. 泊松方程的基本积分公式,点源泊松方程,单位负电荷在,奇异,不能化为,面积分。在 T 中挖掉半 径 ,在 的小球 。 小球边界 。,边界条件无法带入积分之中!,在 , 。,和,连续。,这样,边界条件进入积分之中!泊松方程的基本积分公式。,解 在区域 T 中一点 的值 通过上面积分,由源项对区域的 积分(右第一项),和边值得积分(右第二项)给出。,格林函数:,将冲量定理法扩展到空间坐标,对两端固定的弦,问题变成,5. 边值问题的格林函数,还需知道点源泊松方程度解的边界条件。,第一边值问题(狄里希利问题),第三边值问题,第一边值问 题格林函数,第三边值问 题格林函数,在,,在物理上是不合理的。考虑它是偶函数,,具有同一个解,可作变换:,12.2,电像法求格林函数,第一边值问 题格林函数,导体球内有一个点电荷 ,导体接 地。求球内电势。 电荷的存在,在导体上感应了电荷。 球内的电势为自由电荷和感应电荷电势之和。,将感应电荷的电势由一 “电像电荷”的电势表示,如右图,当导体外 M1 处有电荷 时,镜像电荷 将在球内M0 处。,现在,问题反过来,在 r0 处有电荷 -0 ,求r1,和镜像电荷。,例1,球内第一边值问题,在球面上,例2,半空间第一边值问题,解,按电磁学思维模式, 应当引入镜像电荷 表示平面(z=0)上 的感应电荷。,计算格林函数:,镜像电荷的作用为使 平面(z=0)上的电势 为零。显然,这个电荷 位于相对于平面(z=0) 对称的几何点,且有 相反的电量。,法线方向与z轴方向相反,
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