Условие
8.2.9. На плоскость раздела двух сред, удельная проводимость которых $\lambda_{1}$ и $\lambda_{2}$ , из первой среды идут линии тока, образуя угол $\alpha_{1}$ с нормалью к плоскости. Какой угол образуют с этой нормалью линии тока во второй среде? Чему равна поверхностная плотность заряда на границе раздела сред? В первой среде плотность тока $j$ .
К задаче $8.2.9$
Решение
В проводнике закон Ома в дифференциальной форме:
$$\vec j=\lambda \vec E\Longrightarrow \vec E=\frac{\vec j}{\lambda}$$
Разложим вектор напряжённости на тангенциальную $(E_{\parallel })$ и нормальную $(E_{\bot })$ составляющие.
Тангенциальная компонента поля непрерывна для стационарного тока (следствие из роторного уравнения Максвелла):
$$E_{\parallel 1}=E_{\parallel 2}$$ $$\frac{j\sin\alpha_{1}}{\lambda_{1}}=\frac{j_{2}\sin\alpha_{2}}{\lambda_{2}} \tag{1}$$
Так как ток непрерывный через границу (нормальная компонента тока не накапливается):
$$j\cos\alpha_{1}=j_{2}\cos\alpha_{2} \tag{2}$$
Разделим (1) на (2) :
$$\frac{\tan\alpha_{1}}{\lambda_{1}}=\frac{\tan\alpha_{2}}{\lambda_{2}}$$ $$\tan\alpha_{2}=\frac{\lambda_{2}}{\lambda_{1}}\tan\alpha_{1}$$
Запишем теорему Гаусса для нормальной составляющей поля:
$$E_{\bot 1}-E_{\bot 2}=\frac{\sigma}{\varepsilon_{0}}$$ $$\frac{j\cos\alpha_{1}}{\lambda_{1}}-\frac{j_{2}\cos\alpha_{2}}{\lambda_{2}}=\frac{\sigma}{\varepsilon_{0}}$$
Учитывая (2) , получим:
$$\sigma=\varepsilon_{0}j\cos\alpha_{1}\left( \frac{1}{\lambda_{1}}-\frac{1}{\lambda_{2}} \right)$$
Ответ
$$\tan\alpha_{2}=\frac{\lambda_{2}}{\lambda_{1}}\tan\alpha_{1}$$
$$\sigma=\varepsilon_{0}j\cos\alpha_{1}\left( \frac{1}{\lambda_{1}}-\frac{1}{\lambda_{2}} \right)$$