电磁学(赵凯华)答案[第6章-麦克斯韦电磁理论].

1 一平行板电容器的两极板都是半径为 度的变化率为:

的圆导体片,在充电时,其中电场强

。试求: (1) 两极板间的位移电流

的磁感应强度

; (2) 极板边缘

解: (1)如图所示,根据电容器极板带电情况,可知电场强度

的方向与

的方向相同)。 因电容器中为真空,故

的方向水平向右(电位移矢量 。忽略边缘效应,电场只分布

在两板之间的空间内,且为匀强电场。

已知圆板的面积

由位移电流的定义式,得电容器两板间位移电流为

,故穿过该面积的

的通量为

,所以 的方向与 的方向相同,即位移电流的方向与 的方向相同。

(2)由于忽略边缘效应,则可认为两极板间的电场变化率是相同的,则极板间的位移电流是轴对称分布的,因此由它所产生的磁场对于两板中心线也具有轴对称性。

在平行板电容器中沿极板边缘作以半径为 向一致,

的圆,其上

的大小相等,选积分方向与

则由安培环路定理可得

因在电容器内传导电流

,位移电流为

(全电流)

,则全电流为

所以 极板边缘的磁感应强度为

根据右手螺旋定则,可知电容器边缘处的磁感应强度

的方向,如图所示。

2 一平行板电容器的两极板为圆形金属板,面积均为 电荷随时间变化,即 (2) 设

,接于一交流电源时,板上的

。试求: (1) 电容器中的位移电流密度的大小;

为由圆板中心到该点的距离,两板之间的磁感应强度分布

解: (1)由题意可知, ,对于平行板电容器电位移矢量的大小为

所以,位移电流密度的大小为

(2)由于电容器内无传导电流,故 求解磁感应强度。 设

为圆板中心到场点的距离,并以

为半径做圆周路径

。又由于位移电流具有轴对称性,故可用安培环路

根据全电流安培环路定理可知 通过所围面积的位移电流为

所以 . 最后可得

3. 如图(a)所示,用二面积为 的大圆盘组成一间距为 的平行板电容器,用两根

充电,试点的磁感

长导线垂直地接在二圆盘的中心。今用可调电源使此电容器以恒定的电流 求: (1) 此电容器中位移电流密度; (2) 如图(b)所示,电容器中 应强度; (3) 证明在此电容器中从半径为 能与圆柱体内增加的电磁能相等。

﹑厚度为

的圆柱体表面流进的电磁

解:(1)由全电流概念可知,全电流是连续的。

电容器中位移电流密度

因此,也可以这样来求

的方向应如图(c)所示,其大小为

通过电源给电容器充电时,使电容器极板上电荷随时间变化,从而使极板间电场发生变化。

因为 由于 , 因此 所以

(2)由于传导电流和位移电流均呈轴对称,故磁场 也呈轴对称,显然过 点的 线应为圆心在对称轴上的圆,如图(c)所示。 根据全电流安培环路定理,将

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