第二章作业解答

发布 2020-02-19 21:23:28 阅读 7847

2.1 已知某一区域中给定瞬间的电流密度,其中c是大于零的常量,求:在此瞬间,点(1,-1,2)处电荷密度的时间变化率;

解:由电流连续性方程 p26 (2.2-8)

所以电荷密度的时间变化率为:

在点(1,-1,2)处的电荷密度的时间变化率为 -18c 。

2.2 设在某静电场域中任意点的电场强度均平行于x轴。

证明:(1)与坐标y,z无关;(2)若此区域中没有电荷,则与坐标x无关。

证明:1)因为任意点的电场强度均平行于x轴,这说明电场强度的振动方向沿x方向,电场强度的表达式可写为。

又因为是静电场,为有源无旋场,所以该电场强度的旋度为零。即。

所以并且,这就说明分量ex与坐标y,z无关,即电场强度与坐标y,z无关。

2)因为此区域没有电荷,这说明此区域没有电场的源,,电场的散度也为零,即,所以与坐标x无关。

2.5 从微分形式麦克斯韦方程组导出电流连续性方程。

解:微分形式的麦克斯韦方程组。

其中和电流有关的是第一个全电流方程。

因为矢量的旋度的散度恒为零,即,所以。

即(因为是对空间坐标求导,是对时间求导,二者相互独立,可以互换)

也就是说,即电流连续性方程。得证。

2.6 试证明通过电容器的位移电流等于导线中的传导电流。

证明:假设平行电容器之间的介质的介电常数为ε,电容器的面积为s,电容器间距为d。根据图示可知,位移电流id与传导电流if方向相同。

根据定义位移电流密度为:;因为电场强度,所以。位移电流。

其中电容器的电容。

2.7线性各向均匀介质中某点的极化强度,,求这点的和。

解:极化强度。

所以, 所以电位移矢量。

电场强度。2.9 有一个内、外半径分别为a和b,介质常数为 ε的介质球壳,其中有密度为ρ的均匀电荷,求任一点的电位移矢量及球壳内的极化电荷密度。

解:由球对称性可知,电位移矢量的方向沿着球的半径方向,大小随着半径r的变化而变化。根据积分形式的麦克斯韦定理。

分段考虑:1) 若0 < r < a,则,

2) 若,由于电荷均匀分布,则,

所以。3) 若,由于电荷均匀分布,则,,所以。

4) 球壳内的极化电荷密度满足 (p24 2.1-23)

根据极化强度和电位移矢量之间的关系。

即 (p25 2.1-31); p25 2.1-32)

所以球壳内的极化电荷密度为。

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