电磁场理论习题及答案4

(x?b)2?y22 ?k22(x?b)?y式中k为常数。变化上式可得

?b(1?k2)2?4b2k22 ?x? ??y?2221?k(1?k)??2显然，这是个圆方程，其圆心为

?b(1?k2)?x?1?k2 (4) ??y?0?半径

R?2bk/(1?k2)

现在求上式中的k和b。对于右边的一条导线，其圆心位置为

b(1?k2)x?d?,y?0 (5)

1?k2半径为

R?a?2bk/(1?k2)

从而解得

b?d2?a2??22? (6) dd?ak???aa2?最后由右边圆导线的边界条件确定式(2)中的常数C1。由以上的分析及所给边界条件，式(2)可写出

U0C12?ln(k0) 22从而解得C1为

C1?U0?dd?a2ln??2aa??22????

?U0d2arcch()a (7)

将此式代入(2),(3)则分别得到电位函数及通量函数

?(x?b)2?y2? (8) ??u?ln?22?d(x?b)?y?4arcch()?aU0?e??v?yy??arctan()?arctan()? (9) d?x?bx?b?2arcch()?a?U为了求单位长度的电容C0，需要求出单位长度导线上的总电荷量?l。例如对右边的圆导线，其单位长度的电荷量可根据高斯定律求得，它等于通过包围该单位长度导线的闭合面的总电通量。这个总电通量可由式(9)求出。该式的中括号内第一项等于2?，第二项等于零，于是有

?l?2??U0 d2arcch()a所以

C0??lU0U?(?0)22???darcch()a (10)

???0dd?aln(?)aa222

4.20内外半径分别为R1以及R2的同轴圆筒电容器，其中电介质的电容率为?，两圆筒之间的电压为U0，试求电容器内的电场分布及单位长度的电容。 解：圆通电容器内的电场是平行平面场，电势函数满足拉普拉斯方程，等势线是

r?常数的同心圆族，故选用对数的解析函数式，并令实部u为电势函数。以外圆筒为电势参考，并选定??2?的电力线为零通量线，边界条件为：

u(R2,?)?0,u(R1,?)?U0, v(r,2?)?0.将以上边界条件代入，可得待定常数

A??U0/lnR2, R1B1?U0lnR22?U0 ,B2?R2R2lnlnR1R1将A,B1,B2代入式子，得到复势函数，电势函数以及通量函数

???U0UlnR22?U0lnz?0?j, R2R2R2lnlnlnR1R1R1u??U0UlnR2U0Rlnr?0?ln2, RRRrln2ln2ln2R1R1R1v?U0(2???) R2lnR1而且

???(dw)*??(A)*??A(1)* Edzzrej? ＝

?A?j?*(e)?rU0ej? Rrln2R1可见，E线是又内外圆筒的辐射线族，电场大小

E?U0 R2rlnR1电容器单位长度的电容

C??/U0

因为v为E通量函数，D??E,内圆筒单位长度电荷

???D?ds???E?ds??v(r,0)?SS2?U0? R2lnR1故

c?2?? R2lnR14.21薄金属弧片的厚度为h，电导率为r，A,B两端加电压U0。计算弧片中电势的分布及导电片两端A,B间的电导。

解：导电片内电势函数满足拉普拉斯方程，所加电压A,B两端为等势线，两侧圆弧边界为电流线（或E线）。故选用对数的解析函数式，并令虚部v为电势函数，以??0(B端）为电势参考线，且选定内圆弧边界的E线为通量函数，边界条件如下：

v(r,0)?0,v(r,?)?U0, u(R1,?)?0.将以上边界条件代入，可得待定常数

B2?0,A?U0/?,B1??U0lnR1

?U0lnR1U0z,R1

电势函数以及通量函数为

??v?u?U0?U0lnz????ln?U0?,lnr?U0??lnR1?U0?lnrR1因为u为E通量函数，导电片厚为h，电流密度J??E，所以导电片中的电流

I??J?ds???E?ds??hu(R2,?)

?故导电片A,B两端电导

?hU0R2 ln?R1G?I?hR?ln2 U0?R1x?0(y?0)以及y?0(x?0)的两导体平4.22导体曲面xy?2的电势为200伏，

面的电势为零，求p点(x?1.5m,y?0.5m)的电场强度。

解：本例求解带电双曲导体柱面与直角相交导体平面间的电场。故选用解析函数式，并令虚部v为电势函数。以电力线x?y为零通量线，边界条件如下：