几种典型带电体的场强和电势公式.(精选)

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几种电荷分布所产生的场强和电势
1、均匀分布的球面电荷(球面半径为R,带电量为q
1qr E(r , (球面外,即rR3电场强度矢量: 4 r0 E(r0 (球面内,即rR1q Ur (球外)4 r0电势分布为: 1q Ur (球内)4 R 02、均匀分布的球体电荷(球体的半径为R,带电量为q
1 E(r4 0电场强度矢量:1 E(r4 0qr (球体内,即rR3R qr (球体外,即rRr31q Ur rR 即球外)4 r
0电势分布为: 221q3Rr Ur rR 即球内)38 0R3、均匀分布的无限大平面电荷(电荷面密度为σ)
( i(平板两侧的场强与距 离无关。) 电场强度矢量:E(x20电势分布为:
Urr0r 其中假设r0处为零电势参考点。若选取2
00。那么其余处的原点(即带电平面)为零电势参考点。即U0电势表达式为:
Uxx x020 Uxx x020word.
4、均匀分布的无限长圆柱柱面电荷(圆柱面的半径为R,单位长度的带电量为λ。
r rR,即在柱面外) E(r2电场强度矢量 2 0r E(r0 rR,即在柱面内)ra Urln , rR 即柱体外)2 r0电势分布为: ra Urln rR 即柱体内)2 R0 其中假设ra处为零电势参考点。且ra处位于圆柱柱面外部。(即ra>R。若选取带电圆柱柱面处为零电势参考点。(即UR0。那么,其余各处的电势表达式为:
Ur0 0rR 即在圆柱面内 Urlnr rR 即在圆柱面外 2 0R 5、均匀分布的无限长带电圆柱体(体电荷密度为ρ、半径为R
Er电场强度矢量: Err 0rR 圆柱体内20
R2圆柱体外r rR 220r r2圆柱体内Ur 0rR 40电势: 22 R RR 圆柱体外Urln rR 42r00中假设圆柱体轴线处为零电势参考点。即Ur00
6、均匀分布的带电圆环(带电量为q;圆环的半径为R)在其轴线上x处的电场强度和电势
word.
电场强度矢量: Ex14 0qxx2R232x0。其中x0为轴线方向的单位矢量。
q
i讨论: a)当 xR x Ep(x4 0x2。此时 bxR x0 Ep(00 。即,带电圆环在其圆心处的电场强度为零。
电势: Ux无穷远处。
带电圆环在其圆心处的电势为:
U(xx0q40R1q4 0x2R212 其中电势的零参考点位于
7、均匀分布的带电直线(其中,线电荷密度λ,直线长为l 1)在直线的延长线上,与直线的端点距离为dP点处:
电场强度矢量: Epd Updli4 0dld4 011i dldldln 4 0d2)在直线的中垂线上,与直线的距离为dQ点处:
电场强度矢量为:
EQd4 0lldd222j2lj
224 0dl4d 电势:
word.
UQdln4 0lld222lld22222ll24d2ln
224 0ll4d3)在直线外的空间中任意点处:
电场强度矢量: ErExiEyj
Sin2Sin1 Ex4 0 EyCos1Cos24 0或者改写为另一种表示式:
: Ep(r,zErrEzk
0


其中:


11 Er r4 0llllll(zr2(z2r2(z2(zr2(z2r2(z2222222
11 Ez4 l2l2220r(zr(z22llr2(z22电势: Upln24 0llzr2(z222z
4)若带电直线为无限长时,那么,与无限长带电直线的距离为dP点处:
电场强度矢量: Epdd0 Eprr
2 0d2 0r2word.
电势: Upddrln0 Uprln0 。其中假设d02 0d2 0r或(r0)为电势的零参考点。
5半无限长带电直线在其端点处:(端点与带电直线的垂直距离为d
其中 ExEy 电场强度矢量:EExiEyj
4 0d8、电偶极子P的电场强度和电势
1)在电偶极子的延长线上x处:其中(X >>l
电场强度矢量:Ex12P12P Er334 0x4 0r
电势: Ux1P1P Ur4 0x24 0r2
2)在电偶极子的中垂线上y处:其中Y >>l
电场强度矢量: Ey1P4 0y3
电势: Uy1qq 0 4 0rr3)在空间中任意点r处:其中(r >>l
电场强度矢量:(采用平面极坐标系)
Er12pCos0PSin0Pr 其大小为 E4 0r3r34 0r23Cos21
方向为arctg夹角。
EEtg1EErr011rtgtgE。其中2之间的word.
1Pr 电势:Ur1P Cos 234 or4 0r电场强度矢量的另一种表达式为:
E

ˆperˆ pe3r40r3
10ˆ式中:rr为矢径r方向的单位矢量。上式电场强度矢量的表达式就是将电场强度E矢量分解在电偶极矩Pe和矢径r的方向上。可以证明:该表达式与电场强度的平面极坐标表达式是相等的。
若采用二维笛卡尔坐标系(平面直角坐标系)
r2x2y2 Cosxrxxy22 所以电势的表达式为: Ur1Px4 0x2y232
而电场强度的表达式为: EExiEyj
其中:
U1P2x2y2U13PxyEx Eyx4 0x2y252y4 0x2y25
2221P4xy其大小为:EEE4 0x2y222x2y
若采用三维笛卡尔坐标系(即三维直角坐标系)则有如下关系式:
r2x2y2z2 Cos那么,电势的表达式为: Urzrzxyz222 1P
z4 0x2y2z232
word.
而电场强度的表达式为: EExiEyjEzk
其中:
ExUP3 x zUP3 y
z E ; yx4 0x2y2z252y4 0x2y2z252UP2z2x2y2Ez
z4 0x2y2z2529、带电圆盘在其轴线上距离圆心为x点处:
电场强度矢量: Ep(x201i 22xRx对上式结果进行讨论:
a)当 xR x Ep(xqq0i E(rr
p4 0x24 0r2此时带电圆盘可视为点电荷进行处理。
Ep(xi bxR x0 即此时带电圆盘可视20为无限大带电平板进行处理。
电势: Up(x20R2x2x
带电圆盘在其圆心处附近处的电势为:U(xx0R  。 2010、均匀分布的带电半球面在其球心处:(球面的面电荷密度为σ,球面的半径为R
电场强度矢量: E0电势: Up(xi 40 RQ 204 0Rword.
此时电势并不是Up(x0
Eodr,因为E(xEo(x40
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word.

本文来源:https://www.2haoxitong.net/k/doc/7d648d158c9951e79b89680203d8ce2f0066652b.html

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