電場線是圓弧狀的問題怎麼分析電場以及電勢的問題?

時間 2021-06-03 18:20:30

1樓:陳可鑑

這種問題的標準方法是:保角變換。

保角變換的好處是,可以在不改變 Poisson 方程和電勢形式的情況下,把平面邊界連同電場變為我們容易求解的形狀。對於這類角型區域,設 ,用對數函式 ,即可把邊界變成長度為 、間距為 平行極板。算完後再變回來即可。

不妨設極板間電勢差為 V,顯然,變換完後平行極板間的電勢 (這裡忽略了邊緣效應),把 代入就是 ,等勢線是放射直線。要想求電場,只需在極座標下求梯度即得 ,電場線確實是圓弧。

要考慮邊緣效應,就得數值解了。直接拿 Laplace 方程代入邊界條件算就行。用 Mathematica 算了下大概長這樣:

電勢,取 R2=10,R1=1

電場線,取 R2=10,R1=1

電勢,取 R2=8,R1=2

電場線,取 R2=8,R1=2

可以看到極板較短時的邊緣效應還是比較明顯的。

關於保角變換的介紹可以看樓上 JasonZHM 寫的這篇文章:

JasonZHM:利用保角變換解決一類平面靜電場問題

2樓:北溟海

首先這不是乙個常規問題,不知道是不是你臨時想到的,但正常的電容器應該是平行放置,不會是成張角,那我們姑且認為,這個沒有問題,那如果是在這種情況下電視和電場應該如何分布呢。

那首先要搞清楚電場是如何產生的,電容器當中的電場是由於正負電荷之間相互吸引,在正電粒子發出的電場線被負電粒子接受以後,所形成的電場,而由於電荷間的基本相互作用,同種電荷相互排斥,異種電荷相互吸引,所以通常情況下,如果是乙個固定的帶電體,電荷都分布在尖銳位置,那對於這個電場而言,它的尖銳位置就在銳角夾角處,所以在夾角處,電荷分布最多,電場線也就最密集,電場當然是最強的部分。

接下來,關於電勢的分析,由於兩個極板分別接在電源的正負兩極,所以無論電荷如何分布,兩個極板的電勢差一定等於電源電動勢,所以從正極板到負極板,無論怎樣分析,電勢差都等於電源電動勢。

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