المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

علم الفيزياء
عدد المواضيع في هذا القسم 11409 موضوعاً
الفيزياء الكلاسيكية
الفيزياء الحديثة
الفيزياء والعلوم الأخرى
مواضيع عامة في الفيزياء

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر
حرمة زواج زوجة الاب
2024-05-01
{ولا تعضلوهن}
2024-05-01
{وليست التوبة للذين يعملون السيئات حتى اذا حضر احدهم الـموت}
2024-05-01
الثقافة العقلية
2024-05-01
بطاقات لدخول الجنة
2024-05-01
التوبة
2024-05-01

الأفعال التي تنصب مفعولين
23-12-2014
صيغ المبالغة
18-02-2015
الجملة الإنشائية وأقسامها
26-03-2015
اولاد الامام الحسين (عليه السلام)
3-04-2015
معاني صيغ الزيادة
17-02-2015
انواع التمور في العراق
27-5-2016

The uniqueness theorem  
  
1626   03:59 مساءاً   date: 4-1-2017
Author : Richard Fitzpatrick
Book or Source : Classical Electromagnetism
Page and Part : p 167


Read More
Date: 16-2-2017 2429
Date: 1-10-2020 1046
Date: 15-10-2020 1505

The uniqueness theorem

We have already seen the great value of the uniqueness theorem for Poisson's equation (or Laplace's equation) in our discussion of Helmholtz's theorem. Let us now examine this theorem in detail. Consider a volume V bounded by some surface S. Suppose that we are given the charge density ρ throughout V and the value of the scalar potential ϕS on S. Is this sufficient information to uniquely specify the scalar potential throughout V ? Suppose, for the sake of argument, that the solution is not unique. Let there be two potentials ϕ1 and ϕ2 which satisfy

 (1.1)

throughout V , and

 (1.2)

on S. We can form the difference between these two potentials:

 (1.3)

The potential ϕ3 clearly satisfies

 (1.4)

throughout V , and

 (1.5)

on S. According to vector field theory

 (1.6)

Thus, using Gauss' theorem

 (1.7)

But, 2ϕ3 = 0 throughout V and ϕ3 = 0 on S, so the above equation reduces to

 (1.8)

Note that (ϕ3)2 is a positive definite quantity. The only way in which the volume integral of a positive definite quantity can be zero is if that quantity itself is zero throughout the volume. This is not necessarily the case for a non-positive definite quantity; we could have positive and negative contributions from various regions inside the volume which cancel one another out. Thus, since (ϕ3)2  is positive definite it follows that

 (1.9)

throughout V . However, we know that ϕ3 = 0 on S, so we get

 (1.10)

throughout V . In other words,

 (1.11)

throughout V and on S. Our initial assumption that ϕ1 and ϕ2 are two different solutions of Laplace's equations, satisfying the same boundary conditions, turns out to be incorrect. The fact that the solutions to Poisson's equation are unique is very useful. It means that if we find a solution to this equation no matter how contrived the derivation then this is the only possible solution. One immediate use of the uniqueness theorem is to prove that the electric field inside an empty cavity in a conductor is zero. Recall that our previous proof of this was rather involved, and was also not particularly rigorous. We know that the interior surface of the conductor is at some constant potential V , say. So, we have ϕ = V on the boundary of the cavity and 2ϕ = 0 inside the cavity (since it contains no charges). One rather obvious solution to these equations is ϕ = V throughout the cavity. Since the solutions to Poisson's equation are unique this is the only solution. Thus,

 (1.12)

inside the cavity. Suppose that some volume V contains a number of conductors. We know that the surface of each conductor is an equipotential, but, in general, we do not know what potential each surface is at (unless we are specifically told that it is earthed, etc.). However, if the conductors are insulated it is plausible that we might know the charge on each conductor. Suppose that there are N conductors, each carrying a charge Qi (i = 1 to N), and suppose that the region V containing these conductors is filled by a known charge density ρ and bounded by some surface S which is either infinity or an enclosing conductor. Is this enough information to uniquely specify the electric field throughout V? Well, suppose that it is not enough information, so that there are two fields E1 and E2 which satisfy

 (1.13)

throughout V , with

 (1.14)

on the surface of the ith conductor, and, finally,

 (1.15)

over the bounding surface, where

 (1.16)

is the total charge contained in volume V. Let us form the difference field

 (1.17)

It is clear that

 (1.18)

throughout V , and

 (1.19)

for all i, with

 (1.20)

Now, we know that each conductor is at a constant potential, so if

 (1.21)

then ϕ3 is a constant on the surface of each conductor. Furthermore, if the outer surface S is infinity then ϕ1 = ϕ2 = ϕ3 = 0 on this surface. If the outer surface is an enclosing conductor then ϕ3 is a constant on this surface. Either way, ϕ3 is constant on S. Consider the vector identity

 (1.22)

We have . E3 = 0 throughout V and ϕ3 = -E3, so the above identity reduces to

 (1.23)

throughout V . Integrating over V and making use of Gauss' theorem yields

 (1.24)

However, ϕ3 is a constant on the surfaces Si and S. So, making use of Eqs. (1.20) and (1.21), we obtain

 (1.25)

Of course, E32 is a positive definite quantity, so the above relation implies that

 (1.26)

throughout V ; i.e., the fields E1 and E2 are identical throughout V. It is clear that, for a general electrostatic problem involving charges and conductors, if we are given either the potential at the surface of each conductor or the charge carried by each conductor (plus the charge density throughout the volume, etc.) then we can uniquely determine the electric field. There are many other uniqueness theorems which generalize this result still further; i.e., we could be given the potential of some of the conductors and the charge carried by the others and the solution would still be unique.




هو مجموعة نظريات فيزيائية ظهرت في القرن العشرين، الهدف منها تفسير عدة ظواهر تختص بالجسيمات والذرة ، وقد قامت هذه النظريات بدمج الخاصية الموجية بالخاصية الجسيمية، مكونة ما يعرف بازدواجية الموجة والجسيم. ونظرا لأهميّة الكم في بناء ميكانيكا الكم ، يعود سبب تسميتها ، وهو ما يعرف بأنه مصطلح فيزيائي ، استخدم لوصف الكمية الأصغر من الطاقة التي يمكن أن يتم تبادلها فيما بين الجسيمات.



جاءت تسمية كلمة ليزر LASER من الأحرف الأولى لفكرة عمل الليزر والمتمثلة في الجملة التالية: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation وتعني تضخيم الضوء Light Amplification بواسطة الانبعاث المحفز Stimulated Emission للإشعاع الكهرومغناطيسي.Radiation وقد تنبأ بوجود الليزر العالم البرت انشتاين في 1917 حيث وضع الأساس النظري لعملية الانبعاث المحفز .stimulated emission



الفيزياء النووية هي أحد أقسام علم الفيزياء الذي يهتم بدراسة نواة الذرة التي تحوي البروتونات والنيوترونات والترابط فيما بينهما, بالإضافة إلى تفسير وتصنيف خصائص النواة.يظن الكثير أن الفيزياء النووية ظهرت مع بداية الفيزياء الحديثة ولكن في الحقيقة أنها ظهرت منذ اكتشاف الذرة و لكنها بدأت تتضح أكثر مع بداية ظهور عصر الفيزياء الحديثة. أصبحت الفيزياء النووية في هذه الأيام ضرورة من ضروريات العالم المتطور.




بالصور: عند زيارته لمعهد نور الإمام الحسين (عليه السلام) للمكفوفين وضعاف البصر في كربلاء.. ممثل المرجعية العليا يقف على الخدمات المقدمة للطلبة والطالبات
ممثل المرجعية العليا يؤكد استعداد العتبة الحسينية لتبني إكمال الدراسة الجامعية لشريحة المكفوفين في العراق
ممثل المرجعية العليا يؤكد على ضرورة مواكبة التطورات العالمية واستقطاب الكفاءات العراقية لتقديم أفضل الخدمات للمواطنين
العتبة الحسينية تستملك قطعة أرض في العاصمة بغداد لإنشاء مستشفى لعلاج الأورام السرطانية ومركز تخصصي للتوحد