Analiza wektorowa. Teoria pola.

Podobne dokumenty
Ładunek elektryczny. Zastosowanie równania Laplace a w elektro- i magnetostatyce. Joanna Wojtal. Wprowadzenie. Podstawowe cechy pól siłowych

cz. 2. dr inż. Zbigniew Szklarski

METODY MATEMATYCZNE I STATYSTYCZNE W INŻYNIERII CHEMICZNEJ

Fale elektromagnetyczne

W. Np. pole prędkości cieczy lub gazu, pole grawitacyjne, pole elektrostatyczne, magnetyczne.

Teoria pola elektromagnetycznego

MECHANIKA II. Praca i energia punktu materialnego

Różniczkowe prawo Gaussa i co z niego wynika...

opracował Maciej Grzesiak Analiza wektorowa

Rozdział 5. Twierdzenia całkowe. 5.1 Twierdzenie o potencjale. Będziemy rozpatrywać całki krzywoliniowe liczone wzdłuż krzywej C w przestrzeni

Siły zachowawcze i energia potencjalna. Katarzyna Sznajd-Weron Mechanika i termodynamika dla matematyki stosowanej 2017/18

1. Podstawy matematyki

Podstawy elektromagnetyzmu. Wykład 1. Rachunek wektorowy

Fale elektromagnetyczne. Gradient pola. Gradient pola... Gradient pola... Notatki. Notatki. Notatki. Notatki. dr inż. Ireneusz Owczarek 2013/14

Bardziej formalnie, wektor to wielkość, której współrzędne zmieniają się w określony sposób przy obrót prostokątnego układu współrzędnych.

Wyprowadzenie prawa Gaussa z prawa Coulomba

Siły zachowawcze i energia potencjalna. Katarzyna Sznajd-Weron Mechanika i termodynamika dla matematyki stosowanej 2017/18

cz. 2. dr inż. Zbigniew Szklarski

z pokryciem (O i ) i I rozkładu jedności (α i ) i I. Zauważmy najpierw, że ( i I α i )ω dω = d(1 ω) = d d(α i ω). Z drugiej jednak strony

Wykład 7: Pola skalarne i wektorowe Katarzyna Weron

Elektrostatyka. Potencjał pola elektrycznego Prawo Gaussa

J. Szantyr -Wykład 2 Poważne wprowadzenie do Mechaniki Płynów

Przedmowa do wydania drugiego Konwencje i ważniejsze oznaczenia... 13

Całki krzywoliniowe skierowane

ABC matematyki dla początkujących fizyków. Elementy analizy wektorowej

Wektor. Uporz dkowany ukªad liczb (najcz ±ciej: dwóch - na pªaszczy¹nie, trzech - w przestrzeni 3D).

SIMR 2012/2013, Analiza 2, wykład 14,

Rozdział 6. Równania Maxwella. 6.1 Pierwsza para

Elektrostatyka. Prawo Coulomba Natężenie pola elektrycznego Energia potencjalna pola elektrycznego

Podstawy fizyki sezon 1 III. Praca i energia

Wykład 3 Zjawiska transportu Dyfuzja w gazie, przewodnictwo cieplne, lepkość gazu, przewodnictwo elektryczne

WYKŁAD 3 OGÓLNE UJĘCIE ZASAD ZACHOWANIA W MECHANICE PŁYNÓW. ZASADA ZACHOWANIA MASY. 1/15

RÓWNANIA MAXWELLA. Czy pole magnetyczne może stać się źródłem pola elektrycznego? Czy pole elektryczne może stać się źródłem pola magnetycznego?

PDE. czyli równania różniczkowe cząstkowe [Partial Differential Equation(s)] wstęp do wstępu. Zbigniew Koza. Wydział Fizyki i Astronomii Wrocław, 2016

Elektrodynamika Część 1 Elektrostatyka Ryszard Tanaś Zakład Optyki Nieliniowej, UAM

Elektryczność i Magnetyzm

Fizyka 2 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

Elektrodynamika Część 1 Elektrostatyka Ryszard Tanaś Zakład Optyki Nieliniowej, UAM

Pole magnetyczne magnesu w kształcie kuli

1. BILANSOWANIE WIELKOŚCI FIZYCZNYCH

Indukcja elektromagnetyczna

Kinematyka płynów - zadania

Teoria Pola Elektromagnetycznego

Podstawy fizyki sezon 2 6. Indukcja magnetyczna

POLE MAGNETYCZNE ŹRÓDŁA POLA MAGNETYCZNEGO. Wykład 9 lato 2016/17 1

Fizyka współczesna Co zazwyczaj obejmuje fizyka współczesna (modern physics)

W naukach technicznych większość rozpatrywanych wielkości możemy zapisać w jednej z trzech postaci: skalara, wektora oraz tensora.

Z52: Algebra liniowa Zagadnienie: Zastosowania algebry liniowej Zadanie: Operatory różniczkowania, zagadnienie brzegowe.

Fizyka współczesna. Zmienne pole magnetyczne a prąd. Zjawisko indukcji elektromagnetycznej Powstawanie prądu w wyniku zmian pola magnetycznego

Spis tre±ci. 1 Gradient. 1.1 Pochodna pola skalarnego. Plan

[ A i ' ]=[ D ][ A i ] (2.3)

Rok akademicki: 2013/2014 Kod: WGG s Punkty ECTS: 5. Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: -

POLE MAGNETYCZNE ŹRÓDŁA POLA MAGNETYCZNEGO

Notatki do wykładu Geometria Różniczkowa I

Księgarnia PWN: David J. Griffiths - Podstawy elektrodynamiki

Wymiana ciepła. Ładunek jest skwantowany. q=n. e gdzie n = ±1, ±2, ±3 [1C = 6, e] e=1, C

Równania dla potencjałów zależnych od czasu

Pole elektryczne. Zjawiska elektryczne często opisujemy za pomocą pojęcia pola elektrycznego wytwarzanego przez ładunek w otaczającej go przestrzeni.

Równania Maxwella i równanie falowe

Podstawy fizyki sezon 2 6. Równania Maxwella

Fale elektromagnetyczne Katarzyna Weron

Potencjał pola elektrycznego

1 Funkcje dwóch zmiennych podstawowe pojęcia

Wybrane elementy analizy wektorowej, teorii pola, teorii potencjału i ich zastosowania w elektrodynamice

Matematyka 2. Elementy analizy wektorowej cz I Pole wektorowe

Wykład 9. Matematyka 3, semestr zimowy 2011/ listopada 2011

ver magnetyzm cd.

Literatura. Prowadzący: dr inż. Sławomir Bielecki adiunkt Zakład Racjonalnego Użytkowania Energii ITC PW. Zakres wykładu. Pole pojęcie fizyczne

Całki powierzchniowe w R n

Elektryczność i magnetyzm

Spis wszystkich symboli

dr inż. Zbigniew Szklarski

Podstawy fizyki sezon 2 5. Indukcja Faradaya

ZAGADNIENIA DO EGZAMINU Z FIZYKI W SEMESTRZE ZIMOWYM Elektronika i Telekomunikacja oraz Elektronika 2017/18

dr inż. Zbigniew Szklarski

18. Siły bezwładności Siła bezwładności w ruchu postępowych Siła odśrodkowa bezwładności Siła Coriolisa

Potencjalne pole elektrostatyczne. Przypomnienie

Część IV. Elektryczność i Magnetyzm

Zasady dynamiki Newtona

Całki powierzchniowe

PODSTAWY RACHUNKU WEKTOROWEGO

J. Szantyr - Wykład 3 Równowaga płynu

Podstawy elektrodynamiki / David J. Griffiths. - wyd. 2, dodr. 3. Warszawa, 2011 Spis treści. Przedmowa 11

Rozdział XV CAŁKI KRZYWOLINIOWE. CAŁKA STIELTJESA

POLE MAGNETYCZNE. Magnetyczna siła Lorentza Prawo Ampere a

Aerodynamika I. wykład 3: Ściśliwy opływ profilu. POLITECHNIKA WARSZAWSKA - wydz. Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa A E R O D Y N A M I K A I

Zasady dynamiki Newtona. Ilość ruchu, stan ruchu danego ciała opisuje pęd

4 Równania różniczkowe w postaci Leibniza, równania różniczkowe zupełne

Funkcje wielu zmiennych

Zasady zachowania, równanie Naviera-Stokesa. Mariusz Adamski

Moment pędu fali elektromagnetycznej

Wykład 18 Dielektryk w polu elektrycznym

Pole elektromagnetyczne

Postulaty interpretacyjne mechaniki kwantowej Wykład 6

Elektrostatyka, cz. 1

Fizyka dla Informatyków Wykład 8 Mechanika cieczy i gazów

AERODYNAMIKA I WYKŁAD 3 TEORIA CIENKIEGO PROFILU LOTNICZEGO

3. Mechanika punktu materialnego, kinematyka (opis ruchu), dynamika (przyczyny ruchu).

Pole magnetyczne ma tę własność, że jego dywergencja jest wszędzie równa zeru.

IX. MECHANIKA (FIZYKA) KWANTOWA

Transkrypt:

Analiza wektorowa. Teoria pola. Pole skalarne Pole wektorowe ϕ = ϕ(x, y, z) A = A x (x, y, z) i x + A y (x, y, z) i y + A z (x, y, z) i z

Gradient grad ϕ = ϕ x i x + ϕ y i y + ϕ z i z Jeśli przemieścimy się o odcinek d l = i x dx + i y dy + i z dz nastąpi przyrost funkcji ϕ o: dϕ = ϕ ϕ ϕ dx + dy + x y z dz Przykład: siła i energia potencjalna F = grad U gdzie U jest potencjałem (miarą energii potencjalnej).

Operator nabla (operator Hamiltona) Wprowadźmy wektorowy operator różniczkowy: nabla = i x x + i y y + i z z Gradient pola skalarnego możemy zapisać jako działanie operatora nabla na funkcję: grad ϕ(x, y, z) ϕ(x, y, z) Przyrost pola przy przesunięciu o d l: dϕ = ϕ d l

Strumień wektora Rozważmy pole wektorowe opisujące prędkość przepływu nieściśliwej cieczy. W czasie t przez element powierzchni S przepływa objętość cieczy równa: V = S cos α v t Strumień opisuje objętość cieczy przepływającej w jednostce czasu przez element powierzchni: Φ = V/ t = Sv cos α Przechodząc do różniczek: dφ = v cos α ds

Strumień pola Wprowadzając wektor normalny do powierzchni n możemy zapisać element powierzchni jako wektor: d S = ds n Wtedy element strumienia zapiszemy jako iloczyn skalarny: dφ = v d S Całkowity strumień przez powierzchnię S otrzymamy sumując elementy Φ: Φ v = v ds S

Strumień pola Znak strumienia zależy od wyboru zwrotu wektora normalnego. W przypadku powierzchni zamkniętych przyjmuje się obliczanie strumienia wypływającego z objętości ograniczonej powierzchnią (wektor n skierowany za zewnątrz powierzchni). Interpretacja geometryczna strumienia: jeśli przedstawimy pole przez układ linii, których gęstość odpowiada wartości bezwzględnej wektora w danym punkcie pola, strumień pola można interpretować jako różnicę linii pola wychodzących i wchodzących przez powierzchnię.

Dywergencja Jeśli strumień pola przez zamkniętą powierzchnię nie jest zerowy, oznacza to, że wewnątrz otoczonej powierzchni znajdują się źródła lub dreny. Średnią moc źródeł zawartych w objętości opisuje stosunek Φ/V. W granicy otrzymujemy dywergencję: Φ v div v = lim V 0 V Dla dowolnego wektora a: 1 div a = lim V 0 V a ds

Dywergencja, źródłowość, rozbieżność źródło - punkt w którym linie pola mają początek (dywergencja dodatnia) dren (zlew, ściek) - linie mają swój koniec (dywergencja ujemna) W układzie kartezjańskim: div a = a x x + a y y + a z z div a a

Twierdzenie Ostrogradskiego-Gaussa a ds = div a dv S V Strumień pola a przez zamkniętą powierzchnię S równy jest sumie źródeł pola, zawartych w objętości V ograniczonej powierzchnią. Φ a = a dv V

Cyrkulacja (krążenie) Rozważmy cienki kanalik wzdłuż konturu Γ. Rozważmy przepływ wyłącznie w tym kanaliku. Cyrkulacja jest miarą tego przepływu (iloczyn prędkości cieczy i długości konturu). Dla pola wektorowego a cyrkulacja wzdłuż konturu Γ wynosi: C = a d l Γ

Cyrkulacja. Przykłady. Linie pola nie muszą być zamknięte, by cyrkulacja była niezerowa. Przykład: laminarny przepływ cieczy. Cyrkulacja jest wielkością addytywną.

Rotacja (wirowość) Rotacja - stosunek cyrkulacji C do powierzchni S obmywanej przez cyrkulację. C a rot a = lim S 0 S = lim 1 S 0 S Γ a d l Rotacja jest wektorem. Kierunek rotacji jest taki, dla jakiego jej wartość jest maksymalna. Interpretacja: w miejscach, gdzie rotacja jest niezerowa, wiatraczek obraca się.

Rotacja W układzie kartezjańskim: i x i y i z rot a = x y z = a x a y a z ( az = i x y a ) ( y ax + i y z z a ) ( z ay + i z x x a ) x y Wykorzystując operator nabla: rot a a

Twierdzenie Stokesa Dla dowolnej powierzchni S rozpostartej na dowolnym konturze Γ a d l = rot a ds Γ S Przykład: siła zachowawcza. Praca siły zachowawczej F po zamkniętym konturze Γ: W = F d l = 0 F = 0 Γ Pole zachowawcze jest polem bezwirowym.

Laplasjan (Operator Laplace a) 2 = = 2 x 2 + 2 y 2 + 2 z 2 2 ϕ = ϕ = div grad ϕ - dywergencja gradientu ϕ Przykład: równanie falowe 2 Ψ = 1 v 2 2 Ψ t 2

Tożsamości Pole wirowe jest polem bezźródłowym: ( A) = 0 Pole potencjalne jest polem bezwirowym: ϕ = 0 Rotacja rotacji: ( A) = ( A) 2 A