Расхождение электрического поля из-за точечного заряда [дубликат]

Я пытаюсь формально изучать электродинамику самостоятельно (я прошел только вводный курс). Я наткнулся на дифференциальную форму закона Гаусса.

Е "=" р ϵ 0 .

Это хорошо и все такое, но я столкнулся с тем, что я считаю концептуальным недоразумением, когда оцениваю это для точечной оплаты.

Я знаю, что математика выглядит лучше в сферических координатах, но я буду использовать декартову систему.

Поэтому, когда я вычисляю дивергенцию, я получаю:

Е "=" к Вопрос Икс ( Икс 2 + у 2 + г 2 ) 3 2 , у ( Икс 2 + у 2 + г 2 ) 3 2 , г ( Икс 2 + у 2 + г 2 ) 3 2 "=" 3 ( Икс 2 + у 2 + г 2 ) ( Икс 2 + у 2 + г 2 ) 5 2 + 3 ( Икс 2 + у 2 + г 2 ) 3 2 .

Это можно еще упростить:

3 ( Икс 2 + у 2 + г 2 ) ( Икс 2 + у 2 + г 2 ) 5 2 + 3 ( Икс 2 + у 2 + г 2 ) 3 2 "=" 3 ( Икс 2 + у 2 + г 2 ) 3 2 3 ( Икс 2 + у 2 + г 2 ) 3 2 "=" 3 3 ( Икс 2 + у 2 + г 2 ) 3 2 .

Теперь инстинктивно я бы сказал, что 3-3 — это ноль, а затем и то, что везде равно нулю. Я не понимаю, почему (чисто математически) это выражение не равно нулю в начале координат. Я прекрасно понимаю, почему физически это должно быть именно так. И я также понимаю, что он моделируется дельта-функцией Дирака. Но что (опять же, математически) мешает мне сказать, что уравнение равно нулю даже в начале координат?

Подсказка: вы применяете правила дифференциации, когда поле не определено/единственно/не дифференцируемо.
Да! Очень верно. Спасибо. Я должен был подумать об этом.
Не принято использовать угловые скобки для обозначения компонентов вектора. Лучше использовать () или [].
Я перенял привычку к угловым скобкам от математиков.

Ответы (1)

То, что вы хотите вычислить, по существу

Икс | Икс | 3
в происхождении. Конечно, это не существует как функция, поскольку поле сингулярно. С другой стороны, вы уже показали, что она обращается в нуль везде.

Значит нужно интерпретировать выражение в слабом смысле, т.е. как распределение, и рассматривать интеграл

Б ϵ Икс | Икс | 3 д 3 Икс
над некоторым объемом, содержащим начало координат, удобно выбранным как шар радиуса ϵ , преобразуйте его в поверхностный интеграл, который не включает особенность, и убедитесь, что результат конечен.

Вы употребили здесь фразу, о которой я хотел бы вас спросить. Вы сказали, что «это не существует как функция, поскольку поле сингулярно». Я не изучал (к своему ужасу) абстрактную алгебру. Когда математики используют словосочетание векторное ПОЛЕ, они на самом деле говорят о типе поля в смысле АА?
@Ben: Нет, я использую это в простом смысле «функция, определенная в каждой точке пространства»: электрическое поле назначает вектор каждой точке. Икс , т.е. это функция переменной Икс е р 3 , и в этом случае функция сигулярна и не дифференцируема при Икс "=" 0 .