电磁场与电磁波(8)——唯一性定理的应用:电轴法

发布于:2022-11-07 ⋅ 阅读:(439) ⋅ 点赞:(0)

由唯一性定理导出的另一个常用的方法是电轴法。可用它求解的基本系统是两个平行的无限长带电圆柱导体,这两根导体圆柱在单位长度上所带的电荷量相等而符号相反。

目录

1.两根相互平行且带电量异号电荷的无限长直导线的场

2.两个等截面导体圆柱系统

3.两截面不相等的导体圆柱系统


1.两根相互平行且带电量异号电荷的无限长直导线的场

由图所示,位于P(x,y)处电场,由位于(d,0)、(-d,0)处线电荷产生的电场叠加而成:

那么P点电位为:

(因为线电荷无限长,无限远处有电场,所以电位不能取0,即要加上常数C)

当将参考点取在Y轴上时,Y轴电位为0,又因为ρ1=ρ2,即可得到C=0

那么电位可写为:

那么,当K为常数时,电位为常数,即为等位面,整理得

可以发现等位面是一系列得圆阿波罗尼圆)

圆心(b,0)及半径R满足

将x=b这个位置称为电轴。其意义是什么?往下看

2.两个等截面导体圆柱系统

下面研究两个等截面导体圆柱系统。两个带电导体圆柱半径为R,中心轴线分别位于(b,0)、(-b,0)。由于静电场作用,两导体表面的面电荷密度必定是不均匀分布的,因而直接求解导体柱外的场是困难的。

但是,导体表面是等位面,导体每个截面的场的分布是一致的,所以可以用一个较简单的系统来与原系统等效。

有上文可知,可以用两根位于(d,0)、(-d,0)的线电荷来等效。其中,线电荷的位置为

单位长度线电荷所带电荷量与单位长度导体圆柱所带电荷量一致。

根据唯一性定理,两系统在圆柱外的空间区域是等效的,所以求解导体圆柱外的电位分布,就转化为了求解线电荷的电位分布,这个方法就叫电轴法。

那么电位分布就是

如果能测得a、b两点之间的电压U0

那么

3.两截面不相等的导体圆柱系统

对于下图所示的系统,亦可用电轴法求解

将导体圆柱等效为线电荷

 

那么b1+b2=D,且

可计算出

即为电轴参数,两线电荷距离为d,单位长度线电荷所带电荷量与单位长度导体圆柱所带电荷量一致。

电轴法主要应用在供电线路的线间场的计算上


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