第3章 静电场及其边值问题的解法
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oP adq′r′OP adq′r′为常数。
对于不接地的导体球,若引入镜像电荷 q' 后,为了满足电荷守 恒原理,必须再引入一个镜像电荷q",且必须令q ′′ = − q ′P a O d q′ r′ r q f而且,为了保证球面边界是 一个等位面,镜像电荷 q′′ 必须位 于球心。
事实上,由于导体球不接地,因此,其电位不等于零。
由q 及 q‘在球面边界上形成的电位为零,因此必须引入第二个镜像电荷 q“ 以提供一定的电位。
(思考:等位线的形状是否和以前一样?)(3)线电荷与带电的导体圆柱。
P a O d f -ρl已知线电荷为rr′ρl,导体圆柱单位ρl长度的电荷量为-ρl 。
在圆柱轴线与线电荷之间,离轴线的距离d 处,平行放置一根 镜像线电荷 − ρ l 。
求d 的大小。
已知无限长线电荷产生的电场强度为E=ρl er 2πε r因此,离线电荷 r 处,以 r0 为参考点的电位为ϕ=∫r0rEdr =ρl ⎛ r0 ⎞ ln⎜ ⎟ 2πε ⎝ r ⎠若令镜像线电荷 − ρ l 产生的电位也取相同的 r0 作为参考点, 则 ρ l 及 − ρ l 在圆柱面上 P 点共同产生的电位为P a O d f -ρlr′rρlϕP =ρl ⎛ r0 ⎞ ρl ⎛ r0 ⎞ ln⎜ ⎟ − ln⎜ ⎟ 2πε ⎝ r ⎠ 2πε ⎝ r ′ ⎠ ρl ⎛ r ′ ⎞ = ln⎜ ⎟ 2πε ⎝ r ⎠已知导体圆柱是一个等位体,即 ϕ p 是一个常数,因此,为了 满足这个边界条件,必须要求比值r′ r为常数。
2a r′ a d 与前同理,可令 = = ,由此得 d = r f a f可以想象与实际导体圆柱对称位置的右侧,也存在一个圆柱等位 面,如上图,则可计算两根平行导线间的电容(P79)。
(4)点电荷与无限大的介质平面。
qq′ Enr0r0′E'E t′ Etq"ε1 ε2et en=ε1 ε1q'θ+ε2 ε2r0′′θ′ E n′E t′′EnEE"为了求解上半空间的场可用镜像电荷 q' 等效边界上束缚电 荷的作用,将整个空间变为介电常数为ε1 的均匀空间。