Потенциал из-за заряженного кольца: разрыв электрического поля

Я только что начал свой третий курс промежуточного курса по электродинамике. Стандартная проблема в электростатике, с которой можно неоднократно сталкиваться, заключается в нахождении потенциала, обусловленного однородно заряженным кольцом радиуса a и полного заряда q в точке P (r, θ) , как показано на рисунке ниже.

введите описание изображения здесь

Решение уравнения Лапласа 2 В ( р , θ ) "=" 0 для этой задачи дает
В ( р , θ ) "=" { д 4 π ϵ 0 л "=" 0 а л р л + 1 п л ( 0 ) п л ( потому что θ ) , если   р > а д 4 π ϵ 0 л "=" 0 р л а л + 1 п л ( 0 ) п л ( потому что θ ) , если   р < а
где п л ( Икс ) полиномы Лежандра порядка л предоставлено:
п л ( Икс ) "=" 1 2 л л ! д л д Икс л ( Икс 2 1 ) л
Поскольку система обладает азимутальной симметрией, зависимость от ф . Теперь не возникает проблем с непрерывностью В ( р , θ ) в р "=" а , но есть несоответствие, когда мы смотрим на левую и правую радиальные производные от В ( р , θ ) в р "=" а . Отсюда непрерывность по радиальной составляющей Е р "=" В р электрического поля теряется на сфере р "=" а . Но опять же, любая неоднородность электрического поля в общем случае должна быть связана только с поверхностной плотностью заряда, а заряда в точке нет. р "=" а когда θ π / 2 . Каким должно быть правдоподобное физическое объяснение этого? Заранее спасибо!

Ответы (1)

Первый, Е р "=" В р . Во-вторых, разрыв пропорционален л "=" 0 ( 2 л + 1 ) п л ( 0 ) п л ( потому что θ ) который, как я полагаю, пропорционален расширению дельта ( потому что θ ) в многочленах Лежандра.

Точнее, у одного дельта ( Икс ) "=" л "=" 0 2 л + 1 2 п л ( 0 ) п л ( Икс ) . Тогда скачок радиальной составляющей электрического поля дает Е р о ты т Е р я н "=" 1 ϵ 0 о с о "=" д 2 π а 2 дельта ( потому что θ ) . Это и есть эффективное распределение поверхностного заряда, поскольку оно соответствует плотности объемного заряда р "=" д 2 π а 1 а дельта ( р а ) дельта ( потому что θ ) или круг линейной плотности заряда д 2 π а .