2.6在圆柱坐标系中电荷分布为ρ={①r/a,r≤a ②0,r>a ,r为场点到z轴的距离,a为常数。
求电场强度。
解:电场强度只有沿r方向分量,选取长度为l的圆柱
(1)时
代入(1)得:
时
代入(1)得:
2.7在直角坐标系中电荷分布为ρ(x,y,z)={①ρ0 ∣x∣≤a②0 ∣x∣>a求电场强度。
解:电场与,均无关,电场强度只有沿方向分量,
(1)时
代入(1)得:
时为有限值所以
时
代入(1)得:
在处连续,所以
2.16已知电场强度为E=3x+4y-5z,试求点(0,0,0)与点(1,2,1)之间的电压解:
2.26两同心导体球壳半径分别为a、b,两导体之间有两层介质,介电常数分别为ε1、ε2,介质界面半径为c,内外导体球壳电位分别为V和0,求两导体球壳之间的电场和球壳上的电荷面密度,以及介质分界面上的束缚电荷面密
度。
解:两球壳之间电介质不带电电位分布满足拉普拉斯方程
选取球坐标则有:
代入边界条件
由上式可得:
在介质与导体分界面上的电荷密度
介质分界面上没有自由电荷感应电荷面密度为:
2.32同轴圆柱形电容器内、外半径分别为a、b,导体之间一半填充介电常数为ε1的介质,另一半填充介电常数为ε2的介质,如图所示,当电压为V时,求电容器中的电场和电荷分布。
解:电介质不带电电位分布满足拉普拉斯方程
电场强度只有沿r方向分量,选取圆柱坐标则有:
又,则
又因为两极板之间的电压是V
在介质与导体分界面上的电荷密度
在侧
在侧
2.43内外半径分别为a、b的导电球壳内距球心为d(d<a)处有一点电荷q,当(1)导电球壳电位为0;(2)导电球壳电位为v;(3)导电球壳上的总电量为Q;分别求导电球壳内外的电位分布。
解:(1)导体球壳电位为0,点电荷在球壳内所以球壳外电位均为零
在导体球外距离球心O为f
的镜像位置B处放置一镜像
电荷q’要保持导体球壳C处
电位为零则有
则
,
导体球内距离球心r处的电位为:
其中
(2)因为球壳是一等位体,球壳内的电位分布应在第一步计算基础上加上球壳电位V。
球壳内的电位分布为:
球壳外的电位分布为球心一镜像电荷产
生的电位,并且在求外壳产生的电位为
V ,则有:
球壳外电位分布为:
(3)当导体球壳上总电量为Q时,导体球壳的电位为:
球壳内的电位分布为:
球壳外电位分布为:
3.7同轴电缆内导体半径为10cm,外导体半径为40cm,内外导体之间有两层煤质。
内层从10cm到20cm,煤质的参数为σ1=50μS/m,εrl=2;外层从20cm 到40cm,煤质的参数为σ2=100μS/m,εr2=
4.求⑴每区域单位长度的电容;⑵每区域单位长度的电导;⑶单位长度的总电容;⑷单位长度的总电导。
(1)每个区域单位长度的电容:
(2)应用静电比拟可得
每个区域单位长度的电导:
(3)两电容是串联,单位长度总电容为:
(4)利用静电比拟,单位长度总电导为:
3-13 圆球形电容器内导体半径为a,外导体内半径为c,内外导体之间填充两层介电常数分别为,电导分别为的非理想介质,两层非理想介质分界面半径为b,如果内外
导体间电压为V,求电容器中的电场及界面上的电荷密度。
解:由于圆球形电容器内填充两层非理想介质,有电流流过,设电流为I。
在圆球形电容器内取一半径为的球面,流过此球面的电流密度为,则由得
或
电场强度为
电压为
由此求出电流与电压的关系后,电场为
内导体表面的电荷密度为
外导体内表面的电荷密度为
媒质分界面的(驻立)电荷密度为
4-4、真空中导线绕成的回路形状如图所示,电流为I。
求半圆中心处的磁场。
(c)
题4-4 图
解:设垂直于纸面向内的方向为z方向。
由例4-2知,半径为a的半圆中心处的磁场为
(1)因为在载流长直导线的延长线上磁场为零,因此
(2)由例4-1知,本题半无限长的载流长直导线在距离为a处的磁场为
因此本题磁场为半圆环的磁场与两半无限长的直导线的磁场之和
(3)本题磁场为电流方向相反的两不同半径的半圆环的磁场之和,即
4-18、已知真空中位于xoy平面的表面电流为,求磁感应强度。
解:由于在无限大的平面上有均匀电流,因此产生匀强磁场。
磁场方向在y方向,跨电流面取一长为L的矩形回路,利用安培环路定律得
因此
写成矢量形式为
4-20、壁很薄的、半径为的导体圆筒导体圆筒上的电流面密度上的电流在圆筒外产生
的磁场为,求导体圆筒上的电流面密度。
解:当导体圆筒上的电流面密度为,由安培环路定律
当为以导体圆筒上的电流面密度的轴线为中心,半径为的圆时
因此
5.10已知在空气中
在圆球坐标系中,求。
解:
由
5.11已知在空气中
在圆球坐标系中,求。
解:在圆球坐标系中
利用关系式得
上式代入得
6-4.均匀平面电磁波在真空中沿=1/(+)方向传播, =10,求,(y,z,t),,(y,z,t),
解:则k=2π,
==10
=1/Z*
=/24π(-)
(y,z,t)= 10cos(2πc/λt-(π)(y+z))
(y,z,t)= 1/12π(-)cos(2πc/λt-(π)(y+z))
==(5/6π)(+)
6-8、求=100kHz,1MHz,100MHz,10GHz时电磁波在铝(σ=3.6*10/欧米, ε=1, μ
=1)中的集肤深度.
解:δ=1/=
=100kHz,δ=2.6526*10 m
=1MHz, δ= 8.3882*10m
=100MHz, δ= 8.3882*10m
=10GHz, δ= 8.3882*10m
6-13、设,其中σ=0.5*10(1/欧米),求在的群速和相速。
解:。