...

x φ R θ

by user

on
Category: Documents
19

views

Report

Comments

Description

Transcript

x φ R θ
‫‪ 1.‬מצא פוטנציאל בין שני מישורים מקבילים ‪ x = 0‬ו ‪ x = L‬אם‬
‫‪ φ(x = 0) = 0‬ו |‪ .φ(x = L) = φ0 | sin ky‬אין מטען בין המישורים‪.‬‬
‫‪ 2.‬משטח כדורי בעל רדיוס ‪ R‬טעון בצפיפות פנים של מטען‬
‫‪σ = σ0 cos θ‬‬
‫בקואורדינטות כדוריות‪ .‬הכדור מסתובב במהירות זוויתית קבועה ‪ω‬‬
‫סביב ציר ‪ .z‬מצא שדה מגנטי‪.‬‬
‫‪ 3.‬על פני גליל חלול אינסופי מקביל לציר ‪ z‬זורם זרם עם צפיפות‬
‫פנים‬
‫‪I = I0 ẑ cos(ωt − kz), 0 < ϕ < π,‬‬
‫‪= −I0 ẑ cos(ωt − kz), π < ϕ < 2π‬‬
‫מצא שדות מחוץ לגליל‪.‬‬
‫‪ 4.‬חלקיק ‪ q, m‬נע במישור ‪ xy‬בשדה מגנטי אחיד ̂‪ B = B0 z‬ושדה‬
‫חשמלי משתנה‬
‫‪E = E1 x̂ cos ωt + E2 ŷ sin ωt‬‬
‫מצא התפלגות זוויתית וקיטוב של קרינה דיפולית‪.‬‬
‫‪1‬‬
‫ אם‬x = L ‫ ו‬x = 0 ‫ מצא פוטנציאל בין שני מישורים מקבילים‬1.
.‫ אין מטען בין המישורים‬.φ(x = L) = φ0 | sin ky| ‫ ו‬φ(x = 0) = 0
‫ | הינה זוגית ומחזורית‬sin ky| ‫פונקציה‬
| sin k(y + 2π/2k)| = | sin ky|
‫לכן‬
| sin ky| =
An
| sin ky| =
1
X
An cos(2kny)
n=0
π/2k
Z
2
cos (2kny)dy =
−π/2k
1
X
Z
π/2k
−π/2k
| sin ky| cos(2kny)dy ⇒
2
4
+
cos(2kny)
π n=1 π(1 − 4n2 )
‫ מחפשים פתרון של משוואת לפלאס בין המישורים בצורה‬,‫בהתאם‬
φ(x, y) = C0 x +
1
X
Cn (x) cos(2kny),
n=1
2
d
Cn = (2kn)2 Cn ,
2
dx
‫ הוא‬x = 0 ‫הפתרון המקיים תנאי שפה על‬
Cn = Ln sinh(2knx)
‫ נמצא‬x = L ‫ב‬
1
1
X
2 X
4
φ0 [ +
cos(2kny)] = a0 L +
Ln sinh(2knL) cos(2kny),
π n=1 π(1 − 4n2 )
n=1
2φ0
,
πL
4φ0
Ln =
sinh−1 (2knL)
2
π(1 − 4n )
a0 =
2
‫ טעון בצפיפות פנים של מטען‬R ‫ משטח כדורי בעל רדיוס‬2.
σ = σ0 cos θ
ω ‫ הכדור מסתובב במהירות זוויתית קבועה‬.‫בקואורדינטות כדוריות‬
.‫ מצא שדה מגנטי‬.z ‫סביב ציר‬
‫צפיפות פנים של הזרם היא‬
J = σ0 ωR sin θ cos θϕ̂
= σ0 ωR sin θ cos θ[−x̂ sin ϕ + ŷ cos ϕ]
= σ0 ωR sin θ cos θ[(ŷ + ix̂)eiϕ + (ŷ − ix̂)e−iϕ ]
r
8π
=
σ0 ωR[(ŷ + ix̂)Y2,1 − (ŷ − ix̂)Y2,−1 ]
15
:‫הדרך המהירה ביותר להשתמש בפתרון באמצעות פונקצית גרין‬
Z
1 j(r0 )dV 0
A=
c
|r − r0 |
Z 1 l
l
1 X X 4π r<
∗
=
Ylm
(θ0 , ϕ0 )Ylm (θ, ϕ)J 0 dS 0
l+1
c
2l + 1 r>
l=0 m=−l
A(r
A(r
A(r
A(r
A(r
1
l
1 X X 4π rl
< R) =
Ylm (θ, ϕ)
c
2l + 1 Rl+1
l=0 m=−l
r
Z
8π
∗
· sin θ0 dθ0 dϕ0 Ylm
(θ0 , ϕ0 )
σ0 ωR
15
· [(ŷ + ix̂)Y2,1 (θ0 , ϕ0 ) − (ŷ − ix̂)Y2,−1 (θ0 , ϕ0 )]R2
r
2
1 4π 8π
3r
< R) =
σ0 ωR 3 [(ŷ + ix̂)Y2,1 (θ, ϕ) − (ŷ − ix̂)Y2,−1 (θ, ϕ)]
c 5 r 15
R
2
1 4π 8π
3R
> R) =
σ0 ωR 3 [(ŷ + ix̂)Y2,1 (θ, ϕ) − (ŷ − ix̂)Y2,−1 (θ, ϕ)]
c 5
15
r
2
8πσ0 ωr
< R) =
sin θ cos θϕ̂,
5c
8πσ0 ωR5
> R) =
sin θ cos θϕ̂
5cr3
3
‫‪ 3.‬על פני גליל חלול אינסופי מקביל לציר ‪ z‬זורם זרם עם צפיפות‬
‫פנים‬
‫‪I = I0 ẑ cos(ωt − kz), 0 < ϕ < π,‬‬
‫‪= −I0 ẑ cos(ωt − kz), π < ϕ < 2π‬‬
‫מצא שדות מחוץ לגליל‪.‬‬
‫נמצא קודם את צפיפות פנים של המטען‪:‬‬
‫‪@σ‬‬
‫@‬
‫‪= − Iz = kI sin(ωt − kz),‬‬
‫‪@t‬‬
‫‪@z‬‬
‫])‪I = I0 [H(ϕ)H(π − ϕ) − H(ϕ − π)H(2π − ϕ‬‬
‫)‪σ = −(k/ω)I cos(ωt − kz‬‬
‫את הזרם ואת צפיפות במטען אפשר לבטא באמצעות טור פורייה‪:‬‬
‫‪pm eimϕ ,‬‬
‫‪1‬‬
‫‪X‬‬
‫‪m=−1‬‬
‫= )‪H(ϕ)H(π − ϕ) − H(ϕ − π)H(2π − ϕ‬‬
‫‪[H(ϕ)H(π − ϕ) − H(ϕ − π)H(2π − ϕ)]e−imϕ dϕ‬‬
‫‪2π‬‬
‫‪Z‬‬
‫‪0‬‬
‫‪1‬‬
‫‪2π‬‬
‫= ‪pm‬‬
‫‪i‬‬
‫‪=−‬‬
‫‪(1 − e−imπ ), m 6= 0,‬‬
‫‪mπ‬‬
‫‪2i‬‬
‫‪=−‬‬
‫‪,‬‬
‫‪p2n = 0‬‬
‫‪(2n + 1)π‬‬
‫יש לפתור משואות‬
‫‪§A = −(4π/c)j,‬‬
‫‪§φ = −4πρ‬‬
‫כאשר נבחר כיול לורנץ‬
‫@‪1‬‬
‫‪φ=0‬‬
‫‪c @t‬‬
‫‪4‬‬
‫‪div A +‬‬
‫‪p2n+1‬‬
‫מכיוון ש ̂‪ j k z‬נסתפק ב ‪ Az‬ונחפש פתרונות בחוץ ובפנים בנפרד בצורה‬
‫‪X‬‬
‫= ‪Az‬‬
‫‪Am (r)eikz+imϕ−iωt ,‬‬
‫‪Cm (r)eikz+imϕ−iωt‬‬
‫‪m‬‬
‫‪X‬‬
‫=‪φ‬‬
‫‪m‬‬
‫כאשר הכיול דורש‬
‫‪Cm = (kc/ω)Am‬‬
‫הצבה של ‪ Az‬למשואת דאלאמבר נותנת‬
‫‪1d d‬‬
‫‪m2‬‬
‫‪2‬‬
‫‪r Am + [K − 2 ]Am = 0,‬‬
‫‪r dr dr‬‬
‫‪r‬‬
‫‪2‬‬
‫‪2 2‬‬
‫‪2‬‬
‫‪K = ω /c − k‬‬
‫אם ‪ K 2 = 0‬אז הפתרונות הם‬
‫‪Am (r) = Bm rm , r < R‬‬
‫‪Am (r) = Dm r−m , r > R‬‬
‫אם ‪ K 2 > 0‬הפתרונות הם‬
‫‪r<R‬‬
‫‪r>R‬‬
‫‪Am (r) = Bm Jm (Kr),‬‬
‫)‪(1‬‬
‫‪Am (r) = Dm Hm‬‬
‫‪(Kr),‬‬
‫אם ‪ K 2 = −s2 < 0‬הפתרונות הם‬
‫‪r<R‬‬
‫‪r>R‬‬
‫‪Am (r) = Bm Jm (isr),‬‬
‫)‪(1‬‬
‫‪Am (r) = Dm Hm‬‬
‫‪(isr),‬‬
‫נטפל רק במקרה ‪K 2 > 0‬‬
‫את השדה המגנטי מקבלים כדלקמן‬
‫‪Am imeikz+imϕ−iωt‬‬
‫‪5‬‬
‫‪X1‬‬
‫‪r‬‬
‫‪m‬‬
‫= ‪Br‬‬
Bϕ = −
Bz = 0
X @Am
m
@r
eikz+imϕ−iωt
‫את השדה החשמלי נקבל מ‬
1 @A
− grad φ ⇒
c @t
X @Am
Er = −(kc/ω)
eikz+imϕ−iωt
@r
m
X
1
Eϕ = − (kc/ω)
Am imeikz+imϕ−iωt
r
m
X
Ez = −i(ω/c + k 2 c2 /ω 2 )
Am eikz+imϕ−iωt
E=−
m
‫ נותנת‬Az ‫רציפות של‬
(1)
Bm Jm (KR) = Dm Hm
(KR)
.Br , Eϕ , Ez ‫ומבטיחה גם רציפות של‬
‫קפיצה בשדה מגנטי היא‬
0
(1)
−KDm Hm
(KR) + KBm Jm 0 (KR) =
4π
I0 pm
c
‫ מהמשואות שהתקבלו נמצא‬.‫ מביאה לאותה משואה‬Er ‫קפיצה של‬
.Bm , Dm
6
‫ ושדה‬B = B0 ẑ ‫ בשדה מגנטי אחיד‬xy ‫ נע במישור‬q, m ‫ חלקיק‬4.
‫חשמלי משתנה‬
E = E1 x̂ cos ωt + E2 ŷ sin ωt
.‫מצא התפלגות זוויתית וקיטוב של קרינה דיפולית‬
‫ משואות‬.‫מה שמענייו אותנו זו תנועה של החלקיק בהשפעת כוח מאלץ‬
‫התנועה הינו‬
q
qB
E1 cos ωt +
vy ,
m
mc
q
qB
v̇y = E2 sin ωt −
vx
m
mc
v̇x =
‫בונים משואות ל‬
v+ = vx + ivy , v− = vx − ivy
q
v̇+ + isv+ = (E1 cos ωt + iE2 sin ωt),
m
q
v̇− − isv− = (E1 cos ωt − iE2 sin ωt),
m
qB
s=
mc
‫או‬
q
[(E1 + E2 )eiωt + (E1 − E2 )e−iωt ],
2m
q
v̇− − isv− =
[(E1 − E2 )eiωt + (E1 + E2 )e−iωt ]
2m
‫מחפשים פתרון בצורה‬
v̇+ + isv+ =
v+ = B1 eiωt + B2 e−iωt ,
v− = C1 eiωt + C2 e−iωt ,
q
i(ω + s)B1 =
(E1 + E2 ),
2m
q
i(−ω + s)B2 =
(E1 − E2 ),
2m
7
q
(E1 − E2 ),
2m
q
i(−ω − s)C2 =
(E1 + E2 ),
2m
i(ω − s)C1 =
‫אחרי ההצבות‬
iq
iq
(E1 + E2 )eiωt +
(E1 − E2 )e−iωt ,
2m(ω + s)
2m(ω − s)
q
q
vx = Re v+ = [
(E1 + E2 ) +
(E1 − E2 )] sin ωt,
2m(ω + s)
2m(ω − s)
q
q
vy = Im v+ = [−
(E1 + E2 ) +
(E1 − E2 )] cos ωt,
2m(ω + s)
2m(ω − s)
v+ = −
‫ ו‬d˙ = qv ‫עכשיו‬
q 2 ω E1 + E2 E1 − E2
¨
dx =
[
+
] cos ωt,
2m ω + s
ω−s
q 2 ω E1 + E2 E1 − E2
¨
dy =
[
−
] sin ωt,
2m ω + s
ω−s
‫ המתנדנדים‬,‫רואים שישנם שני דיפולים מאונכים זה לזה ולא שווים‬
‫ נבחר‬.π/2 ‫בהפרש פזה של‬
n̂ = (sin θ cos ϕ, sin θ sin ϕ, cos θ)
‫ונציב לביטוי‬
dP
1 ¨ 2
=
|d⊥ |
d≠
4πc3
‫כאשר‬
¨
d¨⊥ = d¨ − n̂(n̂ · d)
.‫וקובע גם את הקיטוב‬
8
Fly UP