- •Источники электромагнитных полей (помех)
- •Электрическое поле
- •1.1. Электрический заряд. Закон Кулона. Основные векторы электрического поля.
- •1.2. Потенциал электрического поля.
- •1.3. Теорема Гаусса. Электрические поля заряженных тел.
- •1.3.1. Электрическое поле заряженного шара.
- •1.3.2. Электрическое поле заряженного цилиндра.
- •1.3.3. Электрическое поле заряженного плоского слоя.
- •1.4. Электрические поля двух противоположно заряженных тел. Электрическая емкость.
- •1.4.1. Два металлических заряженных шара.
- •1.4.2. Два заряженных металлических цилиндра.
- •1.4.3. Система коаксиальных проводников.
- •1.4.3. Плоский конденсатор. Полосковая линия.
1.3.2. Электрическое поле заряженного цилиндра.
Заряженное тело в форме бесконечно длинного цилиндра с радиусом R, расположенное в диэлектрической среде с относительной диэлектрической проницаемостью ε2 для двух случаев:
1. заряд равномерно распределен по объему цилиндра с линейной плотностью заряда ρ (Кл/м),
2. заряд находится только на поверхности цилиндра.
К первому случаю может относиться только диэлектрический цилиндр с относительной диэлектрической проницаемостью ε1. Ко второму случаю относятся заряженные металлические сплошные и полые цилиндры.
Надо отдельно рассматривать поля внутри заряженного тела и вне его. При рассмотрении мы исходим из осевой симметрии этой задачи. Мы предполагаем, что величина вектора D зависит только от расстояния r от оси цилиндра, а его направление всегда совпадает с нормалью к оси цилиндра. Для решения задачи выбираем цилиндрическую форму поверхности с длиной l, радиусом r и осью, совпадающей с осью цилиндра.
Если r < R, то заряд внутри поверхности с радиусом r составит
для равномерно заряженного цилиндра и q=0 для шара с поверхностным зарядом.
Запишем выражение для теоремы Гаусса, учитывая, что поток вектора D через боковые поверхности равен 0, а поток вектора через боковую поверхность будет равен произведению D на площадь боковой поверхности цилиндра длиной l.
. (13)
Для равномерно заряженного цилиндра, при получим для D и E
, (14)
.
Для определения изменений потенциала мы можем воспользоваться выражением (6). Пользуясь тем, что интеграл в этом выражении не зависит от выбранного пути интегрировании, и, приняв потенциал на оси цилиндра за 0, для изменений потенциала получим
При , выражение (13) примет вид
. (15)
Тогда для D и Е будет справедливо
, (16)
.
Выражения (14) и (16) для r=R дают одно и тоже значение D. Однако зависимость Е(r) в точке r=R имеет скачкообразное изменение (разрыв).
Для цилиндра с заряженной поверхностью, при справедливо
и .
При будут справедливы выражения (16).
Рис.4
-
1.3.3. Электрическое поле заряженного плоского слоя.
Рассмотрим заряженное тело в форме бесконечного слоя толщиной 2d, расположенное в диэлектрической среде с диэлектрической проницаемостью ε2. Внутри слоя можно выделить среднюю плоскость, в которой лежат оси x и y декартовой системы координат. Верхняя и нижняя поверхности заряженного слоя параллельны средней плоскости и отстоят от нее на расстояние z=±d. Надо рассмотреть 2 случая:
1. заряд равномерно распределен по объему слоя с поверхностной плотностью ρ (Кл/м2),
2. заряд находится только на внешних поверхностях слоя.
К первому случаю может относиться только диэлектрический слой с относительной диэлектрической проницаемостью ε1. Ко второму случаю относятся заряженные металлические сплошные и полые цилиндры.
Надо отдельно рассматривать поля внутри заряженного тела и вне его. При рассмотрении мы исходим из плоской симметрии этой задачи. Мы предполагаем, что величина вектора D зависит только от расстояния r от средней плоскости слоя, а его направление всегда совпадает с нормалью к поверхности слоя. Для решения задачи выбираем поверхность ограниченную двумя плоскостями с площадью S, расположенные на расстоянии ±r от средней плоскости и боковыми стенками перпендикулярными к выбранным плоскостям.
Если r < d, то заряд, заключенный между плоскостями составит
для равномерно заряженного слоя и qr=0 для слоя с поверхностным зарядом.
Запишем выражение для теоремы Гаусса, учитывая, что поток вектора D через боковые стенки, выбранной поверхности равен 0, а поток вектора через основные поверхности будет равен произведению D на их площади.
. (17)
Для равномерно заряженного слоя при получим для
, (18)
.
Для определения изменений потенциала мы можем воспользоваться выражением (6). Пользуясь тем, что интеграл в этом выражении не зависит от выбранного пути интегрировании, и, приняв потенциал на средней плоскости слоя за 0, для изменений потенциала получим
.
При выражение (17) примет вид
. (19)
Тогда для D и Е будет справедливо
, (20)
.
Выражения (18) и (20) для r=d дают одно и тоже значение D. Однако зависимость Е(r) в точке r=d имеет скачкообразное изменение (разрыв). Разрыв также претерпевает и зависимость .
Для слоя с заряженной поверхностью при справедливо
и .
При будет справедливо выражение (20).