2023/5/3 12:05:47 平行板电容器两极板间距为 d,板间介质的介电常数为 ε,板的面积为无限大,其 中一块板的点位为零,另一块板的点位为 U0,如图所示,求: 1)电容器内的电位分布; 2)每块板上的电荷分布。

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小小草
小小草 LV1 2023年9月23日 23:40 发表
1)根据电场的高斯定理,电场强度与电势的关系为: $$\vec{E}=-\nabla V$$ 其中$\nabla$表示梯度算子,$V$表示电势。在本题中,由于电容器是平行板电容器,因此电场强度的方向垂直于两块金属板,并且大小恒定为: $$E=\frac{U_0}{d}$$ 根据电场强度与电势的关系,可以得到: $$\frac{\partial V}{\partial z}=-\frac{U_0}{d}$$ 对上式积分,可得: $$V(z)=V(0)-\frac{U_0}{d}z$$ 其中$V(0)$表示一块金属板的电位,即$V(0)=0$。因此,电容器内的电位分布为: $$V(z)=-\frac{U_0}{d}z$$ 2)根据高斯定理,电容器内部的电荷密度为: $$\rho=-\epsilon_0\nabla\cdot\vec{E}$$ 由于电场强度大小恒定,因此电荷密度也是恒定的。设每块金属板上的电荷密度分别为$\sigma_1$和$\sigma_2$,则有: $$\rho=\frac{\sigma_1+\sigma_2}{2\epsilon_0}$$ 根据电容器的定义,两块金属板上的电荷量相等且大小为$Q$,因此有: $$\sigma_1=-\sigma_2=\frac{Q}{A}$$ 其中$A$表示金属板的面积。将上式代入$\rho$的表达式中,可得: $$\rho=\frac{Q}{2A\epsilon_0}$$ 每块金属板上的电荷量为:
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