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赵端阳

新虫 (正式写手)

[求助] 点电荷的周围的真空到底满足泊松方程求还是拉普拉斯方程 已有4人参与

突然有个自己都觉得可笑的问题,但我就想不明白。
  这学期学习学校开《电动力学》这门课,现在有个问题
  假如,这是静电情况,众所周知,在一片真空区域内没有自由电荷,那么这片区域的电势应该满足拉普拉斯方程,要是有一个点电荷,那么应该满足泊松方程,但是要是这个点电荷周围呢?该点周围是真空啊,那么它的周围应该是满足拉普拉斯方程的,那么这个点电荷对周围的影响如何在微分方程里体现呢?换句话说,在一个点电荷的周围的真空到底满足泊松方程求还是拉普拉斯方程?
  是不是只要这个空间中存在电荷,就一定要在方程里体现出来,是不是微分方程不可以点对点的求解?
  我现在好乱啊,谁能告诉我如何想这个问题,或看那些资料?
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bfamq

铁杆木虫 (著名写手)

【答案】应助回帖

感谢参与,应助指数 +1
1,、如果你要研究的区域不包括点电荷的那个位置,那就用拉普拉斯方程。如果包括点电荷就用泊松方程。
2、实际上,两个方程一个带源(泊),另一个无源(拉),它们刚好体现了,静电场产生的物理图像。两个方程的左端都是电势对坐标的二阶导数,电势的一阶导数是电场,那么两个方程左端刚好是电场的散度。
3、电场是有源场,泊松方程体现了电场从点电荷从出来或进去;而拉普拉斯方程则体现了电场从一个地方穿过另一个地方,当此处无源无汇的时候,电场是不会间断的。
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2楼2014-12-25 21:30:45
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华夏千秋

木虫 (小有名气)

【答案】应助回帖

★ ★ ★ ★ ★
感谢参与,应助指数 +1
赵端阳: 金币+5, ★★★★★最佳答案 2014-12-26 21:18:44
你划分的密闭空间如果不包括点电荷,那这个空间的电势分布是拉普拉斯方程,点电荷的影响体现在边界条件上。拉普拉斯方程和泊松方程都是通解,而具体场域的解是特解,必须有足够的边界条件才能得到唯一的特解分布。

[ 发自小木虫客户端 ]
严格自律
3楼2014-12-25 23:57:25
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pippi6

铁杆木虫 (著名写手)

工程和科学数值计算咨询

【答案】应助回帖

感谢参与,应助指数 +1
我觉得上面的回答有点误导。满足Poisson方程不意味着要解Poisson方程。事实上,只有在已知空间分布电荷的情况下,才有可能去求解Poisson方程。但这种情况在实用中几乎遇不到。如果你有点电荷,也不可能真去数值解Poisson方程,因为那是奇点。所以,实际遇到的情况几乎都是解Laplacian 方程。如果你只是有一系列的点电荷空间分布,那你的电势是有解析表达式的,也不需要解任何方程。但是,如果周围还有导体,就需要解方程了。这时假定 phi=phi0+phi1, phi0 是点电荷的电势,解析表达;phi1满足laplacian方程,边界条件是在导体边界上 phi=phi0+phi1为常数。不过,最好有具体列子,泛泛的不好谈,容易不准确。

总之,结论就是,静电场基本上是解Laplacian方程 (在学校的电磁学课程情况)。我做电磁场数值解有30余年,只在做等离子体物理 Langmuir waves + particle simulation 时遇到过已知空间电荷分布求解电势的问题。
4楼2014-12-26 05:28:02
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sciencejoy

新虫 (著名写手)

【答案】应助回帖

感谢参与,应助指数 +1
电荷的影响体现在边界条件里。
5楼2014-12-26 09:31:39
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赵端阳

新虫 (正式写手)

引用回帖:
3楼: Originally posted by 华夏千秋 at 2014-12-25 23:57:25
你划分的密闭空间如果不包括点电荷,那这个空间的电势分布是拉普拉斯方程,点电荷的影响体现在边界条件上。拉普拉斯方程和泊松方程都是通解,而具体场域的解是特解,必须有足够的边界条件才能得到唯一的特解分布。
...

正解
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6楼2014-12-26 21:17:08
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