题目
8-12 两个无限大的平行平面都均匀带电,电荷的面密度分别-|||-为σ1和σ2,试求空间各处场强.

题目解答
答案

解析
步骤 1:确定电场强度的分布
对于无限大的均匀带电平面,其电场强度在平面两侧是均匀的,且垂直于平面。电场强度的大小与面电荷密度成正比,与距离无关。对于单个无限大带电平面,其电场强度为 $E = \frac{\sigma}{2\epsilon_0}$,其中 $\sigma$ 是面电荷密度,$\epsilon_0$ 是真空介电常数。
步骤 2:考虑两个无限大平行平面的电场叠加
当有两个无限大平行平面时,每个平面都会产生自己的电场。在两个平面之间,电场强度是两个平面电场的矢量和。在两个平面之外,电场强度是两个平面电场的矢量差。由于电场强度的方向取决于面电荷的符号,因此需要考虑面电荷的正负。
步骤 3:计算不同区域的电场强度
- 在两个平面之间,电场强度是两个平面电场的矢量和,方向相同,因此 $E = \frac{\sigma_1}{2\epsilon_0} + \frac{\sigma_2}{2\epsilon_0} = \frac{\sigma_1 + \sigma_2}{2\epsilon_0}$。
- 在 $\sigma_1$ 平面外,电场强度是两个平面电场的矢量差,方向相反,因此 $E = \frac{\sigma_1}{2\epsilon_0} - \frac{\sigma_2}{2\epsilon_0} = \frac{\sigma_1 - \sigma_2}{2\epsilon_0}$。
- 在 $\sigma_2$ 平面外,电场强度也是两个平面电场的矢量差,方向相反,因此 $E = \frac{\sigma_2}{2\epsilon_0} - \frac{\sigma_1}{2\epsilon_0} = \frac{\sigma_2 - \sigma_1}{2\epsilon_0}$。
对于无限大的均匀带电平面,其电场强度在平面两侧是均匀的,且垂直于平面。电场强度的大小与面电荷密度成正比,与距离无关。对于单个无限大带电平面,其电场强度为 $E = \frac{\sigma}{2\epsilon_0}$,其中 $\sigma$ 是面电荷密度,$\epsilon_0$ 是真空介电常数。
步骤 2:考虑两个无限大平行平面的电场叠加
当有两个无限大平行平面时,每个平面都会产生自己的电场。在两个平面之间,电场强度是两个平面电场的矢量和。在两个平面之外,电场强度是两个平面电场的矢量差。由于电场强度的方向取决于面电荷的符号,因此需要考虑面电荷的正负。
步骤 3:计算不同区域的电场强度
- 在两个平面之间,电场强度是两个平面电场的矢量和,方向相同,因此 $E = \frac{\sigma_1}{2\epsilon_0} + \frac{\sigma_2}{2\epsilon_0} = \frac{\sigma_1 + \sigma_2}{2\epsilon_0}$。
- 在 $\sigma_1$ 平面外,电场强度是两个平面电场的矢量差,方向相反,因此 $E = \frac{\sigma_1}{2\epsilon_0} - \frac{\sigma_2}{2\epsilon_0} = \frac{\sigma_1 - \sigma_2}{2\epsilon_0}$。
- 在 $\sigma_2$ 平面外,电场强度也是两个平面电场的矢量差,方向相反,因此 $E = \frac{\sigma_2}{2\epsilon_0} - \frac{\sigma_1}{2\epsilon_0} = \frac{\sigma_2 - \sigma_1}{2\epsilon_0}$。