静电场的镜像法
镜像法求解静电场
镜像法求解静电场
镜像法是求解静电场问题的一种常用方法，它可以将问题简化为一些已知边界条件的部分。
我们可以通过将电荷和导体的形状映射到空间中的另一侧来获得镜像电荷和镜像导体。
这样，我们就可以将问题转化为在一定边界条件下求解单个电荷或导体所产生的电场问题。
具体来说，对于一个导体，镜像法可以将其映射到空间中的另一侧，并将它的电势设为零。
这样，它在空间中的影像就成为了一条等势线。
通过这样的操作，我们可以将一个有限的导体问题转化为无限大空间中的等势面问题，大大简化了求解难度。
同样地，对于一个点电荷，我们也可以利用镜像法求解其产生的电场。
我们将其映射到空间中的另一侧，并计算出镜像电荷。
这样，我们可以将原问题转化为一个在有限空间中求解两个点电荷所产生
的电场问题。
镜像法的一个优点是它能够将问题简化为一些边界条件已知的
问题，从而减少了求解难度。
此外，它也可以应用于复杂问题的求解，如球形和柱形状的导体等。
- 1 -。
镜像法的总结
关于镜像法的总结一、理论依据唯一性定理：它指出了静态场边值问题具有唯一解的条件，在边界面S 上的任一点只需给定ϕ或nϕ∂∂的值，而不能同时给定两者的值。
镜像法的求解思想是：所有研究的区域边界是有规则的导体或介质界面、区域内只有一个或几个点电荷或线电荷时，设法不改变所求区域的电荷分布、在区域的边界外一定位置放置一个或几个镜像电荷来代替导体边界上感应电荷或介质边界上的极化电荷对外的作用。
这样，便把求解泊松方程及边界条件的解的问题，转化为求解几个点电荷及镜像电荷在空间产生场的问题。
二、镜像电荷法求导体球壳电场镜像电荷法是指在待求电场区域之外, 用假想电荷来等效原边界面上的感应电荷或极化电荷的作用, 只要保证求解空间内的全部边值条件得到满足,所得到的解就是唯一正确的解. 运用镜像电荷法求解静电场边值问题的关键根据唯一性定理找出电势满足的全部定解条件, 并由这些边值条件来决定像电荷的量值和位置. 对于平面导体附近有点电荷、球面导体附近有点电荷, 求出空间各点的电势及电场强度问题, 可以采用镜像电荷法来处理, 能够省去一些复杂的数学运算, 使问题巧妙地得到解决.比如, 接地空心导体球的内外半径分别为R1 和R2 , 在球内离球心为a( a< R 1 ) 处置一点电荷Q, 求球腔内的电势。
如图1 所示, 由于接地导体球壳的静电屏蔽作用, 可以得知R \R1的区域电势为零, 依据镜像电荷法规则, 假想点电荷Qc 应代替球壳面上感应电荷对空间电场的作用, 且满足球壳上电势U= 0 的边值条件. 由对称性可知, 假想点电荷Qc 必在OQ 连线上.设P 为球壳内表面上任一点, 由边界条件得'0'Q Q r r +=，式中r 为Q 到P 的距离, r ’为Q ’到P 的距离, 则''r Q r Q==常数 (1) 从图中可以看出, 只要选Qc 在合适的位置就可使'O Q P O P Q∆∆ , 则 1'R r r a==常数 (2)图1 设b 为Q ’到球心的距离, 由两三角形相似条件可得R1 / a= b/ R, 即像电荷Q ’的位置为21R b a= (3)由( 1) 和( 2) 式可求出像电荷Qc 的大小为1'R Q Q a=-(4) 则球腔内任一点P 的电势为10011()4'4QR Q r r a ϕπεπε=-= (5)根据电势与电场强度的关系式E ϕ=-∇, 就可以求出电场强度.通过上面的分析运算可以看出, 采用镜像电荷法不仅解题思路清晰, 而且比分离变量法简单且更容易掌握。
电动力学镜像法ppt课件
性，电势也应具有球对称性。当考虑较
r
远处场时，导体球可 视为点电荷。
2 0 (r a)
r 0
r3
(r 0) r , 0
B0 A
r
A
n r r 2
Q
0
r
dS
ra
0
A dS 0 A4 a 2
a2
a2
A Q
4 0
Q 4 0r
E
Q
(r a)
r Qr
2、导体内部电场为零；
3、导体表面上电场必沿法线方向，因此导体表面为 等势面，整个导体的电势相等。
设导体表面所带电荷面密度为σ，设它外面的介质电容率
为ε，导体表面的边界条件为
|s 常数
n s
Q dS dS
S
S n
En
三．静电场的能量
仅讨论均匀介质
1. 一般方程： 能量密度
本节主要内容
一、静电场的标势 二、静电势的微分方程和边值关系 三．静电场的能量
一、静电场的标势
在静止情况下，电场与磁场无关，
麦氏方程组的电场ห้องสมุดไป่ตู้分为
E 0
E
D 静电场的无旋性是它的一个重要特
性，由于无旋性，我们可以引入一
这两方程连同介质 的电磁 性质方程 D 是E 解决静
个标势来描述静电场，和力学中用 势函数描述保守力场的方法一样。
把单位正电荷由P1点移至 P2点，电场E对它所作的
功为
P2 E dl P1
这功定义为P1点和P2点的
电势差。若电场对
电荷做了正功，则电势
下降。由此
(P2 )
(P1 )
P2 P1
E
dl
镜像法在静电场边值问题中的应用
0, h ) 点, 电位函数 5 满足的是以 ∆ 函数表示的泊松方程:
2
Υ= -
Ε 0
q
∆( x , y , z - h ) , 这也没有变化 ],
这就保证了条件 ( 2) 。 于是原问题中 Z > 0 空间的点的电位可表示为: Υ=
q 1 ( 4Π Ε 0 r1 q
1
r2
) ( 3)
1 1 = { 2 2 2 2 2 1 2} (z - h ) 2 ]1 2 4Π Ε x + y + (z + h ) ] 0 [x + y +
图1
图 1, 无限大导体平面附近点电荷 + q 的镜像法取直角坐标系, z = 0 的平面与导体平面重合, 并设 此面为 O 电位面, 亦即导体平面接地, 因此点电荷 + q 与导体平面之间的电位必须满足下列条件: ( 1) Z = 0 处 ( 1) 5 = 0 ( 2) Z > 0 的空间里, 除点电荷+ q 所在的点外, 处处满足
r1 = a + d 2 2 2
4Π Ε 0 r1
q
+
4Π Ε 0 r2
q′
= 0
( 5)
2d 1 acosΗ , r2 2 = a 2 + d 2 2 - 2d 1 acosΗ
代入 ( 5) 式并整理得到
2 2 2 ( d 1 2 + a 2 ) ] + 2a ( q ′ [ q2 (d 2 2 + a 2 ) - q ′ d 1 - q d 2 ) cosΗ= 0
2
Υ=
4Π Ε 0
q
[
2
(
1
r1
镜像法
p v R
则区域2中任一点的电位为：
2
q q
4π 2 R
q q
2
2
在分界面(R = R′= R″)上，应满足电位的边界条件：
1
1
设想用镜像电荷 代替界面上极化 电荷的作用，并 使镜像电荷和点 电荷共同作用， 满足界面上的边
界条件。
当待求区域为介质1所在区域时，在边界之外设一镜像电荷 q′
介质1中任一点的电位为：
1
q q
4π1R 4π1R
电磁场
第3章 静电场及其边值问题的解法
当待求区域为介质2所在区域时，
* 此时要保证z=0平面边界条件不变，即应为零电位。
q q 4R 4R
故对z=0平面上任意点有R R R0 :
于是，
q 4
1 R
1 R
q 4
q q 0 4 R0
1
x2 y2 (z h)2
电位的法向导数
n
s
f2 s
一、二类边界条件的 线性组合，即
n
s2
f4 s
电磁场
一、静电场边值问题及其分类
第3章 静电场及其边值问题的解法
1. 边值问题的分类----根据场域边界条件的不同
狄利克雷问题：给定整个场域边界上的电位函数值 s f1s
（第一类）
聂曼问题：给定待求位函数在边界上的法向导数值 （第二类）
U0
O
ax
第3章 静电场及其边值问题的解法
镜像法与电轴法(静电场)
两根平行的带等值异号电荷的等半径输电线的电场
解：采用电轴法
建立坐标系，确定电轴位置
b h2 a2
圆柱导线间电场和电位
EP
2π0
(1
1
e1
1
2
e2
)
p
2π0
ln
2 1
两根平行的带等值异号电荷的等半径输电线的电场
c) 场中任一点电位为
P
U0 2lnb(ha)
ln
2 1
b(ha)
U0
20 2lnb(ha)
b(ha)
分裂导线
在高压电力传输中，为了降低电晕 损耗，减弱对通信的干扰，常采用分裂
导线的方法，即将每一根导线分成几股 排列成圆柱形表面，以减弱传输线周围 的电场。（原理P50）
镜像法（电轴法）小结
2d
d
2
)2
a
2 1
已知一对半径为a,相距为d的长直圆柱导体传输线 之间电压为U0，试求圆柱导体间电位的分布。
a)确定电轴的位置
b2h2a2
b
d2h
(d)2a2 2
b) 场中任一点电位为
ln 2 2π0 1
由 U0AB解出
b (h a ) b (h a ) U 02 π0ln b (h a ) 2 π0ln b (h a )
谢谢大家聆听！！！
35
镜像法（电轴法）的理论基础是静电场唯一 性定理；
镜像法（电轴法）的实质是用虚设的镜像电 荷（电轴）替代未知电荷的分布，使计算场域为 无限大均匀介质；
镜像法（电轴法）的关键是确定镜像电荷 （电轴）的个数（根数），大小及位置；
静电场中的镜像法与分离变量法
静电场中的镜像法与分离变量法摘要:静电场的基本问题是求解给定边界条件下的泊松方程或拉普拉斯方程的解，本文分别阐述在求解区域内有和没有自由电荷分布的情况下，应用镜像法和分离变量法求解;同时，举例来演示应用镜像法和分离变量法的解题思路、步骤和结果讨论以及一些注意点，并在相同情况下分别应用镜像法和分离变量法进行对比讨论;深入理解镜像法和分离变量法及其特征。
关键词:静电场、镜像法、分离变量法。
The Method of Mirror Image and the Separate Variational Method inthe Electrostatic FieldAbstract: The basic problem of electrostatic field is to explore the solution of Poisson equation or Laplace equation under its given boundary condition. This article respectively explains the approaches to explore the solution using mirror image and separate variational methods under the to-be-explore solution area situation which has and which lacks freedom electric chargedistribution .Meanwhile, it takes some instances to demonstrate the problem-solving thoughts and steps applying mirror image and separate variational methods. It also provides some discussions about the result and the points needing to be noted in the process of this demonstration. This writer also tries to help the readers todeeply understand the methods of mirror image and separatevariational methods and their characteristics by doing contrastdiscussion under the same condition. Keywords: the electrostatic field, the method of mirror image, the separate variational method.1、引言:静电场和电源外恒定电场的边值问题的求解，可归纳为在给定边界条件下，对拉普拉斯方程或泊松方程的求解。
《电动力学第三版》chapter2_4镜像法
P rꞌ b Qꞌ
r
Q
a
V 0
b R0 b R02
R0 a
a
Q'R0 Q a
球外任一点的电势
(P) 1 4π0
QR0Q r ar'
4π Q 0 (R2a22 1ac Ro )1 s/2(R2R a0 2 4R 20 Ra R a 0 2co )1 s/2
镜像电荷.
导体板上部空间的电场可以看作原电荷Q与镜像电
荷Q 共同激发的电场. 以r 表示Q到场点P的距离, r 表 示象电荷Q 到P的距离, P点的电势为
(P) 1 4π0
QQ r r'
具体求解过程如下.
R2010 Q(xa, y0,z0) R0 0
(1)
(2) (3)
p QQ'4πQ ε0r4πQ ε0r' '4π1ε0(Q r Q r'')
设想，感应电荷对空间电场的作用用一个假想电荷来代替. 如图,
设想在导体板下方与电荷Q对称的位置上放一个假想电荷Q , 然 后把导体板抽去. 若Q =－Q，则假想电荷Q 与给定电荷Q激发的
总电场如图所示, 由对称性知，边界条件满足. 因此,导体板上的
感应电荷确实可以用板下方一个假想电荷Q 代替， Q 称为Q的
(2) 由于镜像电荷代替了真实的感应电荷或极化电荷 的作用，因此放置镜像电荷后，就认为原来的真实的 导体或介质界面不存在. 也就是把整个空间看成是无 界的均匀空间. 并且其介电常量应是所研究场域的介 电常量.
(3) 镜像电荷是虚构的，它只在产生电场方面与真实 的感应电荷或极化电荷有等效作用. 而其电荷量并不 一定与真实的感应电荷或真实的极化电荷相等，不过 在某些问题中，它们却恰好相等.
用镜像法求解静电场
3) 引入镜象电荷，不改变求解区域边值关 系和边界条件。
2、与分离变量法比较 共同点：
1) 两种方法都是根据边值关系和边 界条件进行求解；
2) 可解的条件都是唯一性定理所要 求的分区均匀介质和边界条件。
不同点：
分离变量法
镜象法
Q’和a如何确定？
0
Q Q
z 0
x 2 y 2 a 2
x 2 y 2 a 2
QQ, aa 舍去正号解？
Q
1
1
[
]
40 x2y2 (z a )2 x2y2 (z a )2
接地导
Q
体外有
一点电
荷的电
势分布
图
例2 真空中有一半径为R0的接地导体 球，距球心为a（a>R0）处有一点电 荷Q，求空间各点的电势（如图）。
分离变量求解拉普拉斯方程
唯一性定理给出静电场可以唯一 从物理问题的对称性和边界条件考虑，假想电荷应在左半空间 z 轴上。
② 球面感应电荷分布 （5）若导体不接地，导体上带上自由电荷，又如何分析？
接地导体外有一点电荷的电势分布图
求解的条件。 这是由电荷与电场之间的制约关系决定的。
导体球接地后，感应电荷总量不为零？ 从物理问题的对称性和边界条件考虑，假想电荷应在左半空间 z 轴上。
求解区域没有（或 求解区域有一个
电荷分布 者经过变换没有） 或者几个自由点
自由电荷分布
电荷
具体方法
分离变量求解拉 普拉斯方程
求解区域之外引入 象电荷取代感应电
荷
者电势法向导数唯一地确定。 （4）若导体不接地，电势不为零，
第二章 静电场 镜像法
解：先考虑介质1 中的电势，设想将下半空间换成 与上半空间一样，并在z=-a处有Q的像电荷Q' 来代替分界面上极化电荷对上半空间场的影响。 则在Z>0的区域，空间一点的电势为
`1
1
4 1
(Q r
Q) r
(1)
1
4 1
x2
y2
Q (z
a)2
1 2
ez
3. 真空中有一半径R0的接地导体球，距球心 a > R0 处有一点电荷 Q，求空间各点电势。
解：（1）分析： 因导体球接地故球的电 势为零。根据镜象法原 则假想电荷应在球内。 因空间只有两个点电荷， 场应具有轴对称，故假 想电荷应在线上，即极 轴上。
1 [Q Q] 40 r r
这里要注意几点：
a) 唯一性定理要求所求电势必须满足原有电荷分布所满足的 Poisson’s equation or Laplace’s equation，即所研究空间的泊松方 程不能被改变（即自由点电荷位置、大小不能变）。因此，做替 代时，假想电荷必须放在所求区域之外。在唯一性定理保证下， 采用试探解，只要保证解满足泊松方程及边界条件即是正确解。
a=b
பைடு நூலகம்
由以上三式解得
所以
Q 1 2 Q 1 2
Q 2 2 Q 1 2
1
Q
4 1
1
1 2
x2 y2 (z a)2 1 2
2 2 (1 2 )
Q x2 y2 (z a)2
(8)
1
设电量为 Q，位置为（0，0，a ）
第二章 静电场及其解法2_镜像、分量
静电场问题的常用解法
镜像法 分离变量法 复变函数法 格林函数法
另法：在极坐标系下讨论
点电荷——不接地导体球面
等位面电位不为零；
导体球总的感应电荷为零
ε
a
先设想导体球接地（同上例）， 则导体球面电位为0，且存在总 电量为q’的感应电荷；可以上例 相同电量和位置的镜像电荷取代。
d’
q’
d
q
再考虑断开接地线的情形：须 保证球面总电量为0，即将-q’加 于导体球面上；还须保证球面为 等位面，即-q’应均匀分布于导体 球面上。这样就可以在球心虚设 一个镜像电荷-q’。
点电荷—无限大导体平面
z +q
x
-q
线电荷——无限大导体平面
z +ρ
x
-ρ
点电荷——相交半无限大导体平面
y B
a
b
+q
C
R1 R3 q 1 1 1 1 4 R R R R 2 3 4 1
x
n 平面可看作n 1的情形，则N 1 时，共有N 2n 1个镜像电荷
x, y A0 x B0 C 0 y D0 An cosk n x Bn sin k n x C n ch k n y Dn sh k n y
n 1
可见：通解函数的选择取决于边界条件；待 定系数的确定亦取决于边界条件。
镜像法及其应用
镜像法在静电场中，如果在所考虑的区域内没有自由电荷分布时，可用拉普拉斯方程求解场分布；如果在所考虑的区域内有自由电荷分布时，可用泊松方程求解场分布。
如果在所考虑的区域内只有一个或者几个点电荷，区域边界是导体或介质界面时，一般情况下，直接求解这类问题比较困难，通常可采用一种特殊方法—镜象法来求解这类问题。
镜像法是直接建立在唯一性定理基础上的一种求解静电场问题的方法。
适用于解决导体或介质边界前存在点源或线源的一些特殊问题。
镜像法的特点是不直接求解电位函数所满足的泊松或拉普拉斯方程，而是在所求区域外用简单的镜像电荷代替边界面上的感应电荷或极化电荷。
根据唯一性定理，如果引入镜像电荷后，原求解区域所满足的泊松或拉普拉斯方程和边界条件不变，该问题的解就是原问题的解。
下面我们举例说明。
1导体平面的镜像例.1 在无限大的接地导电平面上方h 处有一个点电荷q ，如图3.2.1所示，求导电平板上方空间的电位分布。
解 建立直角坐标系。
此电场问题的待求场区为0z >；场区的源是电量为q 位于(0,0,)P h 点的点电荷，边界为xy 面，由于导电面延伸到无限远，其边界条件为xy 面上电位为零。
导电平板上场区的电位是由点电荷以及导电平面上的感应电荷产生的，但感应电荷是未知的，因此，无法直接利用感应电荷进行计算。
现在考虑另一种情况，空间中有两个点电荷q 和q -，分别位于(0,0,)P h 和点(0,0,)P h '-，使得xy 面的电位为零，如图3.2.2。
这种情况，对于0z >的空间区域，电荷分布与边界条件都与前一种情况相同，根据唯一性定理，这两种情况0z >区域的电位是相同的。
也就是说，可以通过后一种情况中的两个点电荷来计算前种问题的待求场。
对比这两种情况，对0z >区域的场来说，后一种情况位于(0,0,)P h '-点的点电荷与前一种情况导电面上的感应电荷是等效的。
由于这个等效的点电荷与待求场区的点电荷相对于边界面是镜像对称的，所以这个等效的点电荷称为镜像电荷，这种通过场区之内的电荷与其在待求场区域之外的镜像电荷来进行计算电场的方法称为镜像法。
静电场4-静电场的解(镜像法+场图)(1)
v∫⎪⎪ϕ
⎪⎪ ⎨
SA SA
= con D ⋅dS
st1
=τ
l
⎪⎪ϕ SB = const 2
v∫⎪
⎪⎩ SB
D
⋅ dS
=
−τ l
两导电圆柱形传输线
圆柱的镜像—电轴法
镜像法的思路：假定导体圆柱能够用线电荷等效，设 法依据“三不变”原则确定它的位置和大小。
预问题1：单根电轴的电场与电位。
E = τ eρ
电荷与镜像关于球 面反演。
球内是两个电荷作 用的叠加；球外电 位与电场都为0。
点电荷对球面导体的镜像
d.在问题c中，球壳不接地，求球壳内外的电位及电 场分布。
球内电场分布不变，但电位被抬高；球外的场相 当于电荷位于球心的作用。
镜像法
(4) 导电圆柱之间的镜像——电轴法
边值问题：
⎧∇ 2ϕ = 0 （导线以外空间）
• 镜像法只能解决一些特殊的边值问题。更一般的边值 问题的求解方法，包括解析法和数值法，下节讨论。
作业：
3.18, 3.24, 3.27
选做有奖题：能否用镜像法分析
两个带电导体球之间的电场？给出 详细分析论证。（满分2分）
一些典型的场图
方芯圆壳偏心电缆电 位分布与电力线分布
静电场场图
• 导体表面是等位面； • 两导体之间，等位面
ρ22 = a12 + (h1 + b)2 − 2a1(h1 + b) cosθ
ϕP
=
τ 2πε 0
ln
ρ2 ρ1
=const
⇒
ρ
2 2
=
k 2 ρ12
电轴法
⇒ a12 + (h1 + b)2 − 2a1(h1 + b) cosθ
镜像法求解静电场
镜像法求解静电场
静电场是指在没有电流流动的情况下，由电荷所产生的电场。
静电场的研究对于电学领域的发展具有重要的意义。
在静电场的研究中，镜像法是一种常用的求解方法。
镜像法是一种基于对称性的求解方法。
它的基本思想是将电荷在一个导体表面上的影像电荷作为一个新的电荷，然后再求解这个新的电荷所产生的电场。
这个新的电荷与原电荷之间的距离相等，但是方向相反。
这种方法可以简化计算，特别是在对称的情况下，可以大大减少计算量。
在使用镜像法求解静电场时，需要先确定一个导体表面作为镜面。
然后，根据对称性，将电荷在镜面上的影像电荷计算出来。
最后，将原电荷和影像电荷的电场叠加起来，就可以得到整个静电场的分布情况。
镜像法的应用范围非常广泛。
它可以用于求解各种形状的导体的静电场分布，包括球形、圆柱形、平面等。
在实际应用中，镜像法可以用于求解电容器的电场分布、电荷在导体表面上的分布等问题。
镜像法是一种非常实用的求解静电场的方法。
它可以大大简化计算，特别是在对称的情况下，可以大大减少计算量。
在实际应用中，镜像法可以用于求解各种形状的导体的静电场分布，具有广泛的应用前景。
018-2第2章 静电场-4-镜像法
边界条件： 转化 接地导体球，球外
点电荷Q
球内一个像点 电荷Q’
电势Q
解题思路一
总电势
₪静 电 场
1.镜像法的引入
（2）接地导体球
球外原电 荷Q
电势Q
等势面： 接地导体球
等价于
球面透镜
总电势
解题思路二
球面透镜成像
球内一个像 点电荷Q’
电势 Q
₪静 电 场
2.举例应用
(2)接地导体球
解：按解题思路二解题。导体球可视为凸透镜。
电势 2
解题思路二
₪静 电 场
2.举例应用
(3)带电导体球
解：如图所示，该问题可 视为例2增加像电荷，因为导 体球表面不接地，而是带电量 为Q0，故只需在球心处再放置 像电荷Q’’=Q0-Q’
球面上的点
R,,
r0
₪静 电 场
2.举例应用
(2)接地导体球
OQP ~ OPQ
Q ' P OQ ' OP PQ OP OQ
r ' b R0 常数 r R0 a
Q '
b
R2 0 a
R0 a
Q
球面上的点
R,,
r0
₪静 电 场
2.举例应用
(2)接地导体球
对于球外任意一点P的电势为
该问题可视为求源电荷Q的像电荷Q’之后，再求二
者在空间的合电势分布。建立如图球坐标系。
球面上的点
球面外的点
R,,
R,,
r0
r0
₪静 电 场
2.举例应用
(2)接地导体球
由于导体球接地，故图中球面上的P点电势为0
P
Q
P
进阶学习 镜像法 梯度 唯一性 静 电 场
图1.2.2
电偶极子
用二项式展开，又有
，得 r >> d
r1 = r −
代入上式，得
d cosθ 2
r2 = r +
d cosθ 2
ϕ
p
qd cos θ p ⋅er = = 2 4 πε 0 r 4 πε 0 r 2
p 表示电偶极矩，方向由负电荷指向正电荷。
图1.2.3 电偶极子的等位线和电力线
E p = −∇ ϕ =
例2
计算电偶极子的电场 (r>>d)。
(r,θ,φ)
r1 r2
在球坐标系中：
1 1 q r2 − r1 ϕp = ( − )= 4πε 0 r1 r2 4πε 0 r1 r2 q
13
1 1 d2 d2 r1 = ( r 2 + − rd cos θ ) 2 ，r2 = ( r 2 + + rd cos θ ) 2 4 4
F q Ep( r ) = = e 2 r qt 4πε0r
V/m
4πε 0 r − r' q eR = 2 4πε 0 R
图2.1.2 点电荷的电场
=
q( r − r' )
3
V/m
b) n个点电荷产生的电场强度 (矢量叠加)
E( r ) =
c)
1 4 πε
0 k =1
∑
N
qk r − rk '
2
2.2.1 静电场的无旋性 1. 静电场旋度 点 电 荷
7
E(r ) =
∇ × E( r ) =
q 4 πε
q 4 πε 0
0
⋅
r − r' r − r'
33-静电场的镜像法
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工程电磁场
主讲人： 王泽忠
根据镜象法的要求，点电荷 q 与镜象电荷 q
共同产生的电场，在原导体球面所在处电位应为零。
根据这一条件就可以确定镜象电荷 q 和距离 b 。
设 P 点是球面上一点
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其中一种媒质的区域作为求解区域，
另一种媒质就作与求解区域中相同的电介质，
使整个空间只有一种均匀电介质。
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这样虽然问题得到简化，
但原来的边界条件已经破坏了。
为了保证原来的边界条件得到满足，
扩展到线、面、体电荷情况！
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工程电磁场
主讲人： 王泽忠
导体表面也可以由两个半无穷大平面组成。 当两平面成直角时，镜象电荷分布情况如图。
3．导体球面的镜象法 导体表面是球面的情况也可以应用镜象法。
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整理后，得
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q2
R2 b2
q2
R2 d 2
2R
q
2b
q2
d
cos
0
球面是等位面，上式是球面电位为零的具体体现。