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对于一个半径为R的各向异性均匀介质球,将其置于均匀电场中,试求解空间中电场的分布,

来源:学生作业帮 编辑:拍题作业网作业帮 分类:物理作业 时间:2024/04/27 18:09:39
对于一个半径为R的各向异性均匀介质球,将其置于均匀电场中,试求解空间中电场的分布,
这是球面坐标边值问题 现在大学生不会做题都百度了啊
当电位和方位角φ无关时,解拉普拉斯方程
可得通解Vn(R,θ)=[An·R^n + Bn·R^-(n+1)]·Pn(cosθ) ,Pn(cosθ)是勒让德多项式
假设匀强电厂E=az·E0 引进半径为b的导体球后
根据边界条件V(b,θ)=0 (注:假设等位面θ=π/2的电位为零较方便,这导致V(b,θ)=0,因导体球表面是等电位的)
V(R,θ)=-E0z=-E0Rcosθ (当R>>b)
解得V(R,θ)=-E0[1-(b/R)^3]Rcosθ (R>=b) (另注:若前面假设等位面θ=π/2的电位为V0,则最终的电位分布只需在前面加一项bV0/R即可)
再由E(R,θ)=-gradV(R,θ)得到
E(R,θ)=aR·ER+aθ·Eθ
其中 ER=E0[1+2(b/R)^3]cosθ
Eθ=-E0[1-(b/R)^3]sinθ (R>=b)
球面的面电荷密度可有下式求出,当R=b时
ρ(θ)= ε0ER =3ε0E0cosθ 与cosθ成正比,在θ=π/2处为零