结构推理
半径分别为的同轴线,外加电压,如题图所示,圆柱面电极间在图示角部分充满介电常数为的介质,其余部分为空气,求介质与空气中的电场与单位长度上的电容量。
【正确答案】解:介质与空气中的电位必须既满足又满足导体表面的边界条件和介质交界面的衔接条件。根据唯一性定理,采用试探方法求解,即假定电位的解是圆柱坐标下一维坐标的对数函数,然后检验它们是否满足所有的边界条件。设两个区域的电位函数为
如已知边界条件,则一定有, 故
同时有
联立求解以上两个方程,可得
于是,由此可知
从角区域两介质边界上的衔接条件来看,显然有,又因,,所以试探解是唯一的真实解。又根据的导体边界条件,求得内导体表面单位长度上的电荷量为
因此同轴线单位长度上的电容为
【答案解析】