Естественные науки

О некоторых экзотических уравнениях математической физики. Теория потенциала

В пространстве R3 (координаты r_вект) имеется некоторое тело конечных размеров, поверхность которого задана уравнением g(r_вект)=0. Для определенности будем считать, что внутри тела g(r_вект)<0, а снаружи g(r_вект)>0. Далее область g(r_вект)≥0 будем кратко именовать "снаружи".

Каждой точке снаружи соответствует потенциал ?, являющийся решением уравнения набла²?=0. Напряженность поля E_вект=-набла ?.
Во всех случаях будем подразумевать выполнение краевого условия ?(∞)=0 (и E_вект(∞)=0).

Известно, что:
1. задав краевые условия через ? на границе тела и на ∞, можно, решая уравнение набла²?=0, найти ? и E_вект снаружи, т.е., в частности, и E_вект на границе тела;
2. задав краевые условия через E_вект на границе тела и на ∞, можно, решая уравнение набла²?=0, найти ? и E_вект снаружи, т.е., в частности, и ? на границе тела.

ИСХОДНАЯ ЗАДАЧА
Тело проводящее, т.е. на всей его поверхности ?=?₀=const.
Надо найти E_вект на поверхности тела.
Точнее, E (т.к. тело проводящее, то E_вект=E∙(набла g(r_вект)/|набла g(r_вект)|)
Ну и не стОит забывать, что E пропорционально поверхностной плотности заряда.

ЗАДАЧА, РАДИ КОТОРОЙ ЗАДАН ВОПРОС
Но рещать уравнение (во всем пространстве) снаружи не хочется. Это 3D.

Хочется решать какие-то уравнения для E (и, возможно, для еще какой-то вспомогательной переменной) только на поверхности тела, т.е. в 2D.
Возможно, это будут не УвЧП, а, например, интегро-дифференциальные уравнения.

ЭТИ УРАВНЕНИЯ И НАДО СОСТАВИТЬ (или доказать, что это невозможно).
И по возможности выдать идеи, как их решать, кроме как тупо численно.
================================================================

КАТЕГОРИЧЕСКИ ПРОШУ:

- не предлагать использовать стандартные методы с расчетом потенциала в 3D пространстве (они известны);

- не высказывать бездоказательные сомнения в реализуемости моей идеи.
С благодарнрстью принимаются только уравнения либо железные доказательства в нереализуемости идеи !
Возьмите представление потенциала через фундаментальное решние уравнения Лапласа. Но не надо делать из фундаментального решения полноценную функцию Грина для вашей области. Оставьте прямо так. У вас будет три слагаемых:
1) Интеграл по поверхности от произведения фундаментального решения на нормальную производную от потенциала. Нормальная производная - это проекция напряженности на нормаль к поверхности.
2) Интеграл по поверхности от произведения потенциала на нормальную производную от фундаментального решения. Потенциал константа, просто выносится за интеграл. Оставшийся интеграл берется там как-нибудь...
3) Последнее слагаемое - это интеграл по все области от произведения фундаментального решения на лапласиан потенциала. Лаплассиан потенциала равен нулю из уравнения.
Если от этого равенства вы возьмете производную по нормали с минусом, то вы получите выражение для проекции напряженности на нормаль к повернхности. Линейное интегральное уравнение для En, вроде даже красиво)
Нат Бабина
Нат Бабина
72 127
Лучший ответ
Ответил по поднятой теме на Ваш комментарий к другому моему вопросу, к сожалению, явно неудовлетворительно :( Пишу это, так как не знаю, появится ли у вас в сообщениях информация о моем ответе.
Sin 2D
Sin 2D
50 273
Я чайник, так что прошу тапком не кидать. Но что если смоделировать именно распределение ~2000 единичных зарядов на заданной поверхности, просчитывать энергию такой системы и находить распределение с минимумом энергии. Аналогично и в непрерывном случае..
Жорик Чубарев
Жорик Чубарев
55 716
Света Крутикова А причет тут мой вопрос? Он о построении уравнения.

А так считать можно. Но долго.
Я тут тоже всё уже забыл, может, глупость спрошу.
Зная потенциал снаружи, легко найдете напряженность у границы тела и поверхностную плотность заряда.
У Вас тут, по сути, внешняя задача Дирихле для уравнения Лапласа. Можно ж ее преобразованием Кельвина свести к внутренней и решить численно хоть через МКР? Чтоб во всем пространстве не решать.
Ничего умнее все равно не выйдет. Ну, если нельзя на что-то еще заложиться типа симметрии.
ЭК
Эрман Кареев
34 449
Эрман Кареев Ладно, я понял. Задачу Дирихле в трехмерной области принципиально мы не рассматриваем. Пребразование Кельвина - левая отмазка, оно размерность не понижает.