结构推理
为了使金属球的电势升高而又不使其周围空气击穿,可以在金属球表面上均匀地涂上一层石蜡。设球的半径为1cm,空气的击穿场强为,石蜡的击穿场强为,其相对介电常数为2.0,问为使球的电势升到最高,石蜡的厚度应为多少?其中球的电势之值是多少?
【正确答案】设金属球带电量为Q,由对称性和介质中高斯定理得介质内外的场强为
……①
……②
取,代入上两式,得介质球壳内外表面的最大场强为
……③
……④
由③式和④式联立得
……⑤
……⑥
将已知数值代入⑥式得
由电势与场强积分关系得
……⑦
将代入⑦式得
……⑧
将已知数据代入⑧式得
【答案解析】