内外半径分别为a和b的无限长圆柱形电容器 单位长度荷电为λf 板间填充导率为σ的非磁性物质。 (1) 证明在介质
圆柱形,介质,电容器
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内外半径分别为a和b的无限长圆柱形电容器,单位长度荷电为λf,板间填充导率为σ的非磁性物质。
(1) 证明在介质中任何一点传导电流与位移电流严格抵消,因此内部无磁场。
(2) 求λf随时间的衰减规律。
(3) 求与轴相距为r的地方的能量耗散功率密度。
(4) 求长度为ι的一段介质总的能量耗散功率,并证明它等于这段的静电能减少率。
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电荷分布呈轴对称,且自由电荷只分布在导体面。
以圆柱中心为z轴,利用高斯定理,得介质内任一点。
D满足
故(r为z轴指向)
各向同性线性介质满足 D=εE
故
由欧姆定律传导电流
而位移电流
因·D=ρ由电荷守恒定律可知
而
所以
即传导电流与位移电流相抵消。
(2) (1) 中已得到
解微分方程得
λf0为t=0时刻,λf的值。
(3) 介质内的能量耗散是由电流的热效应引起的,故耗散能量密度为
(4)长度为,的介质内总的能耗功率为
场的能量密度
(1)中已证得介质内无磁场
故
能量减少率为
由此可见介质内总的能量耗散功率等于静电能减少率。
