Основные типы задач и методы их решения
а) Классификация
1. Расчет электростатических полей в диэлектрических средах. Определение напряженности, индукции и потенциала электростатического поля внутри однородного, изотропного диэлектрика.
Метод решения. Использование теоремы Гаусса для вектора и соотношения, связывающего между собой и . Воспользоваться аналогичной теоремой для поля не представляется возможным, поскольку не известен связанный заряд.
2. Нахождение напряженности и индукции поля на границе раздела двух сред.
Метод решения. Использование соотношений между нормальными и тангенциальными составляющими векторов и на границе раздела двух сред.
б) Примеры решения задач
1. Точечный заряд находится в центре шара радиусом из однородного изотропного диэлектрика проницаемостью . Найти напряженность поля как функцию расстояния от центра шара. Представить графики зависимостей и .
Решение.
В любой точке поля векторы и направлены радиально. Поток вектора через сферическую поверхность радиусом
.
По теореме Гаусса: , откуда .
Так как , то
1) для < , .
2) для > , .
Графики зависимостей и имеют следующий вид:
2. Бесконечно большая пластина из однородного диэлектрика с проницаемостью заряжена равномерно сторонним зарядом с объемной плотностью >0. Толщина пластины 2а. Найти и как функции расстояния от середины пластины (потенциал в сере дине пластины положить равным нулю). Определить поверхностную плотность связанного заряда.
Решение.
Из соображений симметрии ясно, что в середине пластины , а во всех остальных точках вектор перпендикулярен поверхности пластины. Воспользуемся теоремой Гаусса для вектора . В качестве замкнутой поверхности возьмем прямой цилиндр высотой , один торец которого совпадает со средней плоскостью пластины. Пусть площадь сечения этого цилиндра равна , тогда
1) для : , , ;
2) для : , , .
Используя выражение , получаем
1) для
; и ;
2) для
; .
Графики функции и представлены на рисунке.
Поверхностную плотность связанного заряда определим из выражения
’= / >0.
Таким образом, если сторонний заряд > 0, то на обеих поверхностях пластины будет также положительный связанный заряд.
3. Вблизи границы раздела вакуум - диэлектрик напряженность электрического поля в вакууме равна , причем вектор составляет угол с нормалью к поверхности раздела. Проницаемость диэлектрика . Найти отношение , где напряженность поля внутри диэлектрика.
Решение.
Напряженность поля внутри диэлектрика
.
Воспользовавшись условиями на границе раздела диэлектрика, найдем
; , откуда
< 1, т.е .
Дата добавления: 2016-03-22; просмотров: 3303;