В электростатическом поле между двумя близко расположенными точками в общем случае имеется некоторая разность потенциалов. Если эту разность потенциалов разделить на кратчайшее расстояние между взятыми точками, то полученная величина будет характеризовать скорость изменения потенциала в направлении кратчайшего расстояния между точками. Эта скорость будет зависеть от направления, вдоль которого взяты точки.
В математике используют понятие градиента скалярной функции, под которым понимают скорость изменения скалярной функции, взятую в направлении ее наибольшего возрастания.
Возьмем две близко расположенные эквипотенциальные линии. Одна из них имеет потенциал φ 1 , другая – φ 2 , причем φ 1 > φ 2 (рис. 38.3). Тогда градиент изобразится вектором, перпендикулярным к эквипотенциальным линиям и направленным от φ 2 к φ 1 (в сторону увеличения потенциала).
Напряженность электрического поля направлена от более высокого потенциала (φ 1) к менее высокому (φ 2). Если через dn обозначить расстояние по нормали между эквипотенциальными поверхностями, а через вектор, совпадающий с направлением напряженности поля , т.е. 
( – единичный вектор, направленный по направлению ), то можно записать выражение
где 
– приращение потенциала при переходе от точки 1 к точке 2.
Так как векторы и совпадают по направлению, то 
. Таким образом 
Отсюда 
. Вектор напряженности поля . Поэтому
Сопоставляя (19.5) и (19.6), получаем
Вектор напряженности поля 
Таким образом,
= 
Два вектора равны только тогда, когда равны друг другу их соответствующие проекции. Следовательно
   | (38.9) |
Для сокращения записи в математике используют дифференциальный оператор Гамильтона: 
используя который можно записать 
Вопросы для самоконтроля
1. Какова основная отличительная особенность электромагнитного поля как вида материи?
2. Какими двумя сторонами характеризуется электромагнитное поле? Как эти стороны связаны между собой?
3. Охарактеризуйте понятие «электрическое поле».
4. Какими двумя основными величинами характеризуется электрическое поле?
5. Дайте определение потенциала электрического поля.
6. Какие поля называют потенциальными? Почему суммарная работа по переносу электрического заряда по замкнутому контуру в потенциальном поле равна нулю?
7. Что понимают под силовой линией электрического поля?
8. Какая поверхность в электрическом поле называется эквипотенциальной?
9. В чем смысл знака минус в формуле 
10. Могут ли быть замкнутыми силовые линии в электростатическом поле?
1. Из формул (8.1)
следует, что
где означает производную по направлению вектора ds (см. приложение, § 2). По определению понятия градиента эта пространственная производная скаляра совпадает со слагающей его градиента по направлению уравнение (4]:
Таким образом,
Так как это равенство проекций векторов должно иметь место при любом выборе направления то и векторы эти должны быть равны друг другу:
Таким образом, напряженность электростатического поля равна градиенту электростатического потенциала взятому с обратным знаком.
Так как градиент потенциала направлен в сторону его возрастания и является мерой быстроты этого возрастания, то можно сказать, что напряженность электрического поля есть мера быстроты спадания потенциала, или, просто, что она равна спаду потенциала. Направление напряженности поля совпадает с направлением ортогональных траекторий эквипотенциальных поверхностей (см. приложение, § 2). Поэтому эти ортогональные траектории (линии градиента) совпадают с линиями электрических сил, или силовыми линиями.
2. Электрической силовой линией называется линия, касательные к которой в каждой ее точке совпадают по направлению с вектором напряженности электрического поля в той же точке (т. е. с направлением электрической силы, действующей на единичный положительный заряд). Очевидно, что через каждую точку поля, в которой можно провести одну и только одну силовую линию. В каждой такой точке вектор имеет вполне определенное направление. Отложив из произвольно малый отрезок в направлении мы придем в точку в которой вектор может иметь иное направление, чем в Отложив из произвольно малый отрезок в соответствующем направлении, мы придем в новую точку в которой можем опять повторить ту же операцию, и т. д. Полученная таким образом ломаная линия в пределе, при беспредельном уменьшении составляющих ее отрезков, совпадает с искомой силовой линией.
Чтобы получить аналитическое уравнение силовых линий, достаточно учесть, что элемент длины силовой линии параллелен напряженности поля т. е. что слагающие его по осям координат пропорциональны слагающим вектора Е:
Уравнения (10.3) эквивалентны системе двух обыкновенных дифференциальных уравнений, например интегралы которых имеют вид: где постоянные интегрирования. Совокупность этих последних уравнений и представляет собою уравнение силовой линии. Произвол в выборе постоянных соответствует возможности произвольно выбрать координаты той точки поля, через которую мы желаем провести данную силовую линию.
Физики XIX в. долгое время стремились объяснить электромагнитные явления деформациями и вихревыми движениями особой всепроникающей гипотетической среды - эфира; они полагали, что силовые линии совпадают с осями деформации (или осями кручения), испытываемой эфиром в электрическом поле. Однако к началу XX в. выяснилась полная несостоятельность механистической теории эфира, и в настоящее время, пользуясь понятием «силовых линий», нужно помнить, что понятие это имеет условно-вспомогательное значение и что силовые линии служат лишь для графического изображения направления электрического вектора.
3. Впрочем, подобно тому как при надлежащем способе черчения эквипотенциальных поверхностей густота их расположения может служить мерой градиента потенциала, т. е. мерой напряженности поля, подобно этому и силовыми линиями можно воспользоваться для той же цели.
Нанести на чертеж все силовые линии, проходящие через каждую точку поля и заполняющие собой все занимаемое полем пространство, конечно, невозможно. Обыкновенно силовые линии чертятся с таким расчетом, чтобы в любом участке поля число линий, пересекающих перпендикулярную к ним площадку единичной поверхности, было по возможности пропорционально
напряженности поля на этой площадке. В таком случае густота расположения силовых линий может служить мерой напряженности поля. При этом число линий, пересекающих произвольный элемент поверхности будет, очевидно, пропорционально произведению напряженности и проекции элемента на плоскость, перпендикулярную к Это произведение равно потоку вектора через элемент Поэтому вместо термина «поток вектора через данную поверхность» употребляют иногда выражение «число силовых линий, пересекающих данную поверхность». Это число линий считается положительным или отрицательным в зависимости от того, пересекают ли силовые линии данную поверхность в направлении положительной (внешней) или отрицательной (внутренней) нормали к ней.
Отметим, что при указанном способе черчения силовых линий общее число этих линий, пересекающих любую замкнутую поверхность должно быть пропорциональным алгебраической сумме зарядов, расположенных внутри ибо, согласно теореме Гаусса (3.6), сумма этих зарядов пропорциональна потоку вектора через При этом, конечно, определяя число линий, пересекающих мы каждую из них должны брать с надлежащим знаком или
В частности, число силовых линий, пересекающих любую, не содержащую зарядов, замкнутую поверхность, равно нулю. Иными словами, число (положительное) линий, выходящих из ограниченного поверхностью объема, равно (отрицательному) числу линий, входящих в него. Отсюда следует, что в свободных от зарядов участках поля силовые линии не могут ни начинаться, ни оканчиваться. С другой стороны, линии эти не могут
также быть замкнутыми. В противном случае, линейный интеграл по каждой из замкнутых линий сил был бы отличен от нуля (ибо элементы линий сил параллельны стало быть, подынтегральное выражение существенно положительно), что противоречит уравнению (7.3). Стало быть, в электростатическом поле линии сил либо начинаются и оканчиваются на электрических зарядах, либо одним своим концом уходят в бесконечность.
Таким образом, для получения правильной картины поля достаточно, очевидно, от каждого элемента заряда провести число линий, пропорциональное величине этого заряда.
Для незамкнутых линий, впрочем, существует, помимо перечисленных, еще третья возможность: они могут при безграничном продолжении, не пересекаясь и не замыкаясь, всюду плотно заполнять некоторый ограниченный участок пространства. С такого рода магнитными силовыми линиями мы познакомимся в гл. IV. Однако для силовых линий электростатического поля эта возможность исключена, ибо линия, заполняющая некоторый участок пространства, должна при достаточном продолжении как угодно близко подходить к ранее пройденным ею точкам. Если суть две такие бесконечно близкие точки на подобной силовой линии то интеграл по этой линии будет существенно положителен и будет обладать конечной величиной. Вместе с тем, если только вектор конечен, этот интеграл должен отличаться лишь на бесконечно малую величину от интеграла по замкнутому контуру, образованному отрезком силовой линии и бесконечно малым отрезком прямой, соединяющей Но последний интеграл, согласно (7.3), равен нулю, т. е. отличается на конечную величину от Этим противоречием и доказывается невозможность существования силовых линий указанного типа.
Градиент потенциала
Градиент потенциала Е-grad
Градиент потенциала показывает как меняется потенциал за единицу времени. Градиент перпендикулярен функции и направлен в сторону возрастания функции. Следовательно, вектор напряженности перпендикулярен эквипотенциальной поверхности и направлен в сторону убывания потенциала.
11. Дивергенция электрического поля. Отношение потока к объему V, из которого он вытекает, дает среднюю удельную мощность источников, заключенных в объеме V. В пределе при стремлении V к нулю, выражение даст удельную мощность источников в точке, которую называют дивергенцией вектора v (обозначается div v). Закон Гаусса в дифференциальной форме: .Величину являющуюся пределом отношения к ʌV, при ʌVà0 называют дивергенция поля E (div ). .- дивергенция-скалярная функция координат. Итак - теорема Остроградского-Гаусса в дифференциальной форме. В точках где div >0 – (положительные заряды) источники поля, где - (отрицательные заряды) стоки. Линии выходят из источников и заканчиваются в стоках.
12. Диполь в однородном и неоднородном электрических полях (момент сил, действующих на диполь; энергия диполя; результирующая сил) Если диполь поместить в однородное эликтрическое поле, образующие диполь заряды +q и –q окажутся под действием равных по величине, но противоположных по направлению сил f1и f2. Эти силы образуют пару, плечо которой равно lsinα т.е. зависит от ориентации диполя относительно поля. Модуль каждой из сил равен qE. Умножив его на плечо, получим величину момента пары сил, действующих на диполь: M=qElsinα=pEsinα, где p- электрический момент диполя. В неоднородном поле силы, действующие на заряды диполя, неодинаковы по величине. При малых размерах диполя силы f1 и f2 можно считать коллинеарными таким образом резултирующая f1 и f2 сил, действующих на диполь будет отлична от нуля. В неоднородном поле на диполь кроме вращательного момента действует сила, под которой диполь будет либо втягиваться в область более сильного поля, либо выталкиваться из нее. Потенциальная энергия диполя в электрическом поле W=-pEcosα=-pE. Любую систему зарядов можно представить как некий эквивалентный диполь
14. Диполь во внешнем электрическом поле. Электрический диполь с электрическим моментом во внешнем электростатическом поле . В этих условиях он испытывает действие силы , момента и приобретает потенциальную энергию . Рассмотрим диполь во внешнем неоднородном электрическом поле. Обозначим и - напряженность и потенциал в точке, где расположены + и – заряды диполя На диполь действует результирующая сила , - приращение вектора напряженности на отрезке длиной в направлении вектора . - т.к. отрезок мал, где левая часть представлена с точностью до величин второго порядка малости. Тогда . , и в проекции на какое-либо направление : .В однородном поле , так как .
15. Дискретное и непрерывное распределение электрических зарядов. Плотность электрических зарядов. Распределение заряда в пространстве может быть дискретным и непрерывным. При дискретном распределении заряд сконцентрирован в математической точке пространства. При непрерывном распределении различают линейное, поверхностное и объемное распределение заряда. При непрерывном распределении заряда вдоль линии вводится понятие линейной плотности зарядов , где dq – заряд малого участка линии длиной dl. При непрерывном распределении заряда по некоторой поверхности вводится понятие поверхностной плотности зарядов , где dq – заряд малого участка поверхности площадью dS. при непрерывном распределении заряда в каком-либо объеме вводится понятие объемной плотности зарядов , где dq –заряд малого участка объема dV.
16. Диэлектрики с неполярными молекулами в электрическом поле. Поляризованность диэлектрика. Зависимость поляризованности от напряженности поля, температуры. Неполярными диэлектриками называются диэлектрики молекулы которых построены столь симметрично, что в отсутствие внешнего электрического поля их дипольный момент равен нулю (N2, H2, CO2, ....). При внесении неполярного диэлектрика в электрическое поле, молекулы поляризуются, нарушается симметрия расположения их зарядов, и молекулы приобретают дипольный момент. Если поместить диэлектрик во внешнее электрическое поле, то он поляризуется, т. е. получит неравный нулю дипольный момент p V =∑p i , где p i - дипольный момент одной молекулы. Чтобы произвести количественное описание поляризации диэлектрика вводят векторную величину - поляризованность, которая определяется как дипольный момент единицы объема диэлектрика: . Поляризованность диэлектрика прямо пропорциональна напряженности электрического поля
17. Диэлектрики с полярными молекулами в электрическом поле. Зависимость поляризованности от напряженности поля, температуры. Полярными диэлектриками называются диэлектрики молекулы в отсутствие внешнего электрического поля обладают некоторым дипольным моментом (SO2, H2O, NH3, ....). При внесении полярного диэлектрика в электрическое поле дипольные моменты молекул также будут изменяться, однако более важное значение будет иметь поворот осей молекул (дипольных моментов) по направлению электрического поля под действие момента сил . Поляризованность диэлектрика прямо пропорциональна напряженности электрического поля.
18. Диэлектрики. Процесс поляризации диэлектриков. Смещение электрических зарядов вещ-ва под действием электрического поля называется поляризацией. Способность к поляризации – основное св-во диэлектриков. Поляризуемость диэлектрика бывает: электронная, ионная и ориентационная (дипольная). За меру поляризации принимается вектор поляризации (поляризуемость) , отношение дипольного электрического момента диэлектрика к его объему . Вектор поляризации – электрический момент единичного объема. , где n-концентрация молекул в единице объема - электрический момент одной силы взятый по нормали.
19. Диэлектрическая восприимчивость вещества. Гистерезис. Диэлектри́ческая восприи́мчивость (или поляризу́емость) вещества - физическая величина, мера способности вещества поляризоваться под действием электрического поля. Диэлектрическая восприимчивость - коэффициент линейной связи между поляризацией диэлектрика P и внешним электрическим полем E в достаточно малых полях: В системе СИ: где - электрическая постоянная; произведение называется в системе СИ абсолютной диэлектрической восприимчивостью. В случае вакуума У диэлектриков, как правило, диэлектрическая восприимчивость положительна. Диэлектрическая восприимчивость является безразмерной величиной. Гистере́зис - свойство систем, мгновенный отклик которых на приложенные к ним воздействия зависит в том числе и от их текущего состояния, а поведение системы на интервале времени во многом определяется её предысторией. Для гистерезиса характерно явление "насыщения", а также неодинаковость траекторий между крайними состояниями (отсюда наличие остроугольной петли на графиках).
20. Диэлектрическая проницаемость. безразмерная физическая величина, характеризующая свойства изолирующей (диэлектрической) среды. Связана с эффектом поляризации диэлектриков под действием электрического поля и, с характеризующей этот эффект, величиной диэлектрической восприимчивости среды. Величина ε показывает, во сколько раз сила взаимодействия двух электрических зарядов в среде меньше, чем в вакууме. Относительная диэлектрическая проницаемость воздуха и большинства других газов в нормальных условиях близка к единице, в силу их низкой плотности. Для большинства твёрдых или жидких диэлектриков, для статического поля относительная диэлектрическая проницаемость лежит в диапазоне от 2 до 8. Велики её значения для веществ с молекулами, обладающими большим электрическим диполем. Диэлектрическая проницаемость диэлектриков является одним из основных параметров при разработке электрических конденсаторов. Использование материалов с высокой диэлектрической проницаемостью позволяют существенно снизить физические размеры конденсаторов. Ёмкость конденсаторов определяется: где ε r - диэлектрическая проницаемость вещества между обкладками, ε о - электрическая постоянная, S - площадь обкладок конденсатора, d - расстояние между обкладками.
21 . Закон Кулона. Принцип суперпозиции.
З-н Кулона-сила взаимодействия 2 точечных неподвижных зарядов в пустоте пропорциональна величине каждого из зарядов. Обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и направлена по прямой, соединяющий эти заряды
где - сила, с которой заряд 1 действует на заряд 2; - величина зарядов; - радиус-вектор (вектор, направленный от заряда 1 к заряду 2, и равный, по модулю, расстоянию между зарядами - ); - коэффициент пропорциональности. Таким образом, закон указывает, что одноимённые заряды отталкиваются (а разноимённые - притягиваются).
То есть закон Кулона и принцип суперпозиции для электрических полей выполняются тогда и только тогда, когда выполняются уравнения Максвелла для электростатики и, наоборот, уравнения Максвелла для электростатики выполняются тогда и только тогда, когда выполняются закон Кулона и принцип суперпозиции для электрических полей
22. Записать и сформулировать теорему Гаусса для вакуума. Что означает понятие “поток вектора напряженности”?
З-н Гаусса. Поток вектора напряжённости электрического поля через любую произвольно выбранную замкнутую поверхность пропорционален заключённому внутри этой поверхности электрическому заряду
“поток вектора напряженности”-полное число силовых линий проходящих через поверхность S через эту поверхность. поток вектора напряженности E через малую площадку dS есть скалярное произведение векторов E и dS
23. Интегральная зависимость между напряженностью и потенциалом электрического поля. Рассмотрим элементарную работу сил электрического поля на бесконечно малом перемещении точечного заряда q : dA = q E dl , эта же работа равна убыли потенциальной энергии заряда q : dA = - dW п = - q d , где d - изменение потенциала электрического поля на длине перемещения dl . Приравнивая правые части выражений, получаем: E dl = -d или в декартовой системе координат
E x dx + E y dy + E z dz = -d , (1.8)
где E x , E y , E z - проекции вектора напряженности на оси системы координат. Поскольку выражение (1.8) представляет собой полный дифференциал, то для проекций вектора напряженности имеем
Стоящее в скобках выражение является градиентом потенциала j, т. е.
E = - grad = -Ñ .
Напряжённость в какой-либо точке электрического поля равна градиенту потенциала в этой точке, взятому с обратным знаком . Знак «минус» указывает, что напряженность E направлена в сторону убывания потенциала.
В обычный день над пустынной равниной или над морем электрический потенциал по мере подъема возрастает с каждым метром примерно на . В воздухе имеется вертикальное электрическое поле величиной . Знак поля отвечает отрицательному заряду земной поверхности. Это означает, что на улице потенциал на уровне вашего носа на выше, чем потенциал на уровне пяток! Можно, конечно, спросить: «Почему бы не поставить пару электродов на воздухе в метре друг от друга и не использовать эти для электрического освещения?» А можно и удивиться: «Если действительно между моим носом и моей пяткой имеется напряжение , то почему же меня не ударяет током, как только я выхожу на улицу?»
Сперва ответим на второй вопрос. Ваше тело - довольно хороший проводник. Когда вы стоите на земле, вы вместе с нею образуете эквипотенциальную поверхность. Обычно эквипотенциальные поверхности параллельны земле (фиг. 9.1, а), но когда на земле оказываетесь вы, то они смещаются, и поле начинает выглядеть примерно так, как показано на фиг. 9.1, б. Так что разность потенциалов между вашей макушкой и пятками почти равна нулю. С земли на вашу голову переходят заряды и изменяют поле вокруг вас. Часть из них разряжается ионами воздуха, но ионный ток очень мал, ведь воздух плохой проводник.
Фигура 9.1. Распределение потенциала: а - над землей; б - около человека, стоящего на ровном месте.
Как же измерить такое поле, раз оно искажается от всего, что в него попадает? Имеется несколько способов. Один способ - расположить изолированный проводник на какой-то высоте над землей и не трогать его до тех пор, пока он не приобретет потенциал воздуха. Если подождать довольно долго, то даже при очень малой проводимости воздуха заряды стекут с проводника (или натекут на него), уравняв его потенциал с потенциалом воздуха на этом уровне. Тогда мы можем опустить его к земле и измерить изменение его потенциала. Другой более быстрый способ - в качестве проводника взять ведерко воды, в котором имеется небольшая течь. Вытекая, вода уносит излишек заряда, и ведерко быстро приобретает потенциал воздуха. (Заряды, как вы знаете, растекаются по поверхности, а капли воды - это уходящие «куски поверхности».) Потенциал ведра можно измерить электрометром.
Имеется еще способ прямого измерения градиента потенциала. Раз существует электрическое поле, то должен быть и поверхностный заряд на земле (). Если мы поместим у поверхности земли плоскую металлическую пластинку и заземлим ее, то на ней появятся отрицательные заряды (фиг. 9.2, а). Если затем прикрыть пластинку другой заземленной проводящей крышкой , то заряды появятся уже на крышке , а на пластинке исчезнут. Если мы измерим заряд, перетекающий с пластинки на землю (скажем, с помощью гальванометра в цепи заземляющего провода) в тот момент, когда закрывают крышкой, то мы найдем плотность поверхностного заряда, бывшего на , а значит, и электрическое поле.
Рассмотрев способы измерения электрического поля в атмосфере, продолжим теперь его описание. Измерения прежде всего показывают, что с увеличением высоты поле продолжает существовать, только становится слабее. На высоте примерно поле уже еле-еле заметно, так что большая часть изменения потенциала (интеграла от ) приходится на малые высоты. Вся разность потенциалов между поверхностью земли и верхом атмосферы равна почти .
Фигура. 9.2. Заземленная металлическая пластинка обладает тем же поверхностным зарядом, что и земля (а); если пластинка прикрыта сверху заземленным проводником, на ней заряда нет (б).
).
Рис. 1.16
:
Работа при перемещении единичного заряда из точки 1 в точку 2 равна
E x d x . Та же работа равна
ϕ 1 − ϕ 2 = − d ϕ . Приравнивая оба
выражения, получим d ϕ = − e x d x .
Аналогичное рассуждение применимо для осей
Y и
Z .
В результате находим все три компоненты вектора
E → :
Можно дать инвариантное определение градиента, которое будет верно в произвольной криволинейной системе координат. Градиент функции ϕ (r →) есть вектор, направленный в сторону максимального возрастания функции, а его длина равна производной функции в том же направлении. Чтобы пояснить смысл такого определения, проведем из произвольной точки r → в каком-либо направлении единичный вектор s → . Проекция вектора A → ≡ grad ϕ на это направление есть A s = s → ⋅ A → = s → ⋅ grad ϕ . Но та же величина равна производной A s = ∂ ϕ ∕ ∂ s функции ϕ по направлению s → . В этом легко убедиться, проведя координатную ось в направлении вектора s → и повторив рассуждения начала параграфа. Таким образом,
∂ ϕ ∂ s = s → ⋅ grad ϕ .
Производная функции в каком-либо направлении равна проекции градиента этой функции на то же направление. Ясно, что эта производная максимальна, когда это направление совпадает с направлением градиента.
▸ Задача 8.1
Вычислить ковариантные и контравариантные компоненты толя точечного заряда в произвольной криволинейной системе координат. Выразить физические компоненты толя точечного заряда в произвольной ортогональной системе координат через коэффициенты Ламэ.
Решение: Пусть x j — контравариантные координаты. Ковариантые компоненты E j = − ∂ ϕ ∕ ∂ x j вектора E → в этой системе координат находим по формуле
E j = − ∂ ∂ x j q r = q r 2 ∂ r ∂ x j .
Контравариантные компоненты E j находим по формуле
E j = g j k E k ,
гдепо паре повторяющихся индексов подразумевается суммирование. Напомним, что
G j k = ∂ r → ∂ x j ⋅ ∂ r → ∂ x k
есть метрический тензор, через который выражается элемент длины:
(d r →) 2 = g j k d x j d x k .
Тензор g j k является обратным к нему:
G j k g k l = δ l j .
В ортогональной системе координат элемент длины выражается через коэффициенты Ламэ:
(d r →) 2 = (h 1 d x 1) 2 + (h 2 d x 2) 2 + (h 3 d x 3) 2 ,
а метрический тензор диагонален:
G j k = h 1 2 0 0 0 h 2 2 0 0 0 h 3 2 .
Обратный ему тензор также диагонален:
G j k = (g j k) − 1 = 1 ∕ h 1 2 0 0 0 1 ∕ h 2 2 0 0 0 1 ∕ h 3 2 .
Физические компоненты векторов определены в ортогональной системе координат, как среднее геометрическое произведения ковариантных и контравариантных компонент:
E h 1 = E 1 E 1 = E 1 ∕ h 1 , E h 2 = E 2 E 2 = E 2 ∕ h 2 , E h 3 = E 3 E 3 = E 3 ∕ h 3 . ▸ Задача 8.2
Записать толе точечного заряда в сферической и цилиндрической системах координат.
Решение: В сферической системе координат (r , θ , α) с центром в месте нахождения заряда отлична от нуля только первая ковариантная компонента вектора поля: E 1 = q ∕ r 2 , так как ϕ = q ∕ r не зависит от θ и α . Из всех коэффициентов Ламэ ( h 1 = 1 , h 2 = r , h 3 = r sin θ ) именно h 1 равен 1, поэтому ковариантная, контравариантная и физическая компоненты все равны друг другу: E 1 = E 1 = E r = q ∕ r 2 .
В цилиндрической системе координат (ρ , α , z) также с центром в месте нахождения заряда имеем: h 1 = 1 , h 2 = ρ , h 3 = 1 , r = ρ 2 + z 2 . Дифференцируя ϕ = q ∕ r , вычисляем ковариантные компоненты поля, и затем вновь приходим к выводу, что соответствующие ковариантная, контравариантная и физическая компоненты все равны: E ρ = (q ∕ r 2) (ρ ∕ r) , E α = 0 , E z = (q ∕ r 2) (z ∕ r) .
