均勻帶電半圓環對稱軸上某處的電場強度關於圓心的距離是否有初等表示式?

時間 2021-06-06 13:07:51

1樓:TravorZXH

下面的回答顯然是錯的:

結果不是乙個初等函式。

由於問題的對稱性,現寫出在對稱軸上r處四分之一圓產生的電勢:(a為圓的半徑 為電荷線密度)

這不是初等函式,不過,我們可以使用 多項式把結果進行 展開:

a \end\right." eeimg="1"/>不過,我們可以給出乙個完整的圓的情形下的解析解。

考慮乙個均勻帶電細圓環

眾所周知,均勻帶電細圓環中心軸線上的電勢可以進行口算:

計算是在球座標系下進行的(自行腦補)

我們知道,在圓環外部的空間,電勢分布滿足 方程:

,顯然這個靜電問題具有軸對稱性,這意味著 恆成立又考慮到原點和無窮遠處電勢的正則條件

我們立刻可以猜出這個問題的解:

a \end \right." eeimg="1"/>(其中A,B均為待定常數)

又因為 a \end \right." eeimg="1"/>由於 ,

於是我們可以使用待定係數法確定A,B

結果為 , ;

, , .

即 a \end \right." eeimg="1"/>以上便是均勻帶電細圓環在外部空間的電勢分布。

圓環直徑方向上的電勢為

由於 ,於是也可以給出直徑上的級數解。

至於電場強度 就更不會是初等函式了。

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