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圆柱形电容器是由半径为R1的导线和与它同轴的导体圆筒构成,圆筒半径为R2,长为L。设导线沿轴线单位长度上的电荷为Q,圆筒上单位长度上的电荷为-Q,忽略边缘效应(即看成是无限长的圆柱筒)。求电容器的电容。


参考答案和解析
(1)设电荷线密度为λ,作半径为r(R 1 <r<R 2 )的同轴圆柱形高斯面,应用介质中的高斯定理得2πrlD=lλ 已知条件是V而不是λ,但与λ之间有关系。设V是内极板与外极板电势之差,即当V>0时,内极板电势高, 将E的表达式与V的表达式进行比较,消去λ, 写成矢量式(r 0 为沿半径向外的单位矢量) 当V>0时,E的方向背离轴线;当V<0时,层的方向指向轴线。 (2)极化电荷面密度σ=P·n 极化强度 矢量式 在R 1 的界面处,n与r 0 反向, 在R 2 的界面处,n与r 0 同向,由于圆柱形电容器上的电荷分布具有轴对称性,所以可应用高斯定理求解。 但应注意题目所给的已知条件是两极板间的电势差,而不是极板所给电量,所以电场强度的表达式不能表示。由题目的计算可知,在V>0时,电介质内表面的极化电荷为负,外表面的极化电荷为正。在任一段上,两表面极化电荷的代数和为零。这是因为电解质原是电中性的。
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