Wie man das 4π3p⃗ δ3(r⃗ )4π3p→δ3(r→)\frac{4\pi}{3}\vec{p}\delta^3(\vec{r})-Element für das Dipolfeld herleitet, aus seinem Potenzial?

Dies könnte eine etwas allgemeinere Frage sein, wie man herausfindet, was der geeignete (Delta-) Ausdruck in singulären Punkten ist, aber z. B. für den Dipol können wir sein Potenzial durch eine Taylor-Annäherung ableiten:

Φ ( R ) = P R R 3 .

Dies wurde jedoch abgeleitet
D 3 R ' ρ ( R ' ) R ' 1 R ,
für die der obige Potentialausdruck nur gültig ist R 0 .
Das Feld soll sich jedoch aus dem obigen Potenzial ableiten (was nur für R 0 ), und es ist
E ( R ) = 3 R ^ ( R ^ P ) P R 3 4 π 3 P δ 3 ( R ) .

Der erste Term kann durch Rechnen hergeleitet werden E = Φ bei der Annahme R 0 , aber für das zweite Element ist unklar, wie es abgeleitet werden soll.
Da dies im Grunde ein Ergebnis von Δ 1 R Ich kann sehen, warum 4 π δ ( R ) beteiligt ist, aber wie leitet man genau diesen Begriff ab? und warum ist das Feld eine Summe einer Delta-Funktion bei 0 und einer Funktion, die nicht definiert ist/bei 0 konvergiert?

Antworten (1)

Hinweis: Formal sollte man Testfunktionen einführen, um mit Distributionen umzugehen . Ein weiterer eher physikalischer Ansatz besteht darin, das Dipolpotential zu regulieren

(1) Φ ε   =   P R ( R 2 + ε ) 3 / 2 ,
ähnlich meiner Phys.SE-Antwort hier . Das regularisierte Dipolpotential Φ ε C ( R 3 ) ist unendlich oft differenzierbar. Das regularisierte elektrische Feld wird dann zu:
(2) E ε   =   Φ ε   =   3 ( P R ) R R 2 P ( R 2 + ε ) 5 / 2 P ε ( R 2 + ε ) 5 / 2 .
Als nächstes ist es einfach zu überprüfen, ob der letzte Term eine regularisierte 3D-Dirac-Delta-Verteilung ist
(3) ε ( R 2 + ε ) 5 / 2     4 π 3 δ 3 ( R ) für ε 0 + .