两无限大平板电极相距d,电位分别为0和V,板间充满密度为p0*x/d的电荷,求板间电场大小和板上电荷密度ps。使用MATLAB中Symbolic数学工具箱的dsolve和diff得到电位和电场强度分布的解析式,以及使用MATLAB画出两极板间的电场和电位分布
时间: 2024-03-13 11:48:23 浏览: 463
Res2dinv操作流程及使用说明
好的,我知道了。这是一个经典的电场问题。根据高斯定理,两个平行无限大平板电极之间的电场大小为:
E = V/d
其中,V为两个电极的电位差,d为两个电极的距离。因此,这个问题的电场强度是与距离无关的。
接下来,我们需要求解在两个电极之间充满电荷密度为p0*x/d的电荷,在电极表面的电荷密度ps。根据电场强度和电荷密度的关系,可知:
E = sigma/epsilon0
其中,sigma为电荷密度,epsilon0为真空介电常数。因此,电荷密度可以表示为:
sigma = epsilon0 * p0 * x / d
将x限制在[0,d]的区间内,可得到电荷密度在电极表面的分布:
ps = epsilon0 * p0 * d
接下来,使用MATLAB中Symbolic数学工具箱的dsolve和diff得到电位和电场强度分布的解析式,以及使用MATLAB画出两极板间的电场和电位分布。
首先,设两个电极距离为d,电势差为V,电荷密度为p0*x/d。则在距离第一个平板电极x1处的电势为:
phi1(x1) = 0
在距离第二个平板电极x2处的电势为:
phi2(x2) = V
在两个电极之间的区域内,电势满足泊松方程:
d^2(phi(x))/dx^2 = -p0/epsilon0
解该方程可得:
phi(x) = -(p0/2*epsilon0) * x^2 + C1 * x + C2
其中,C1和C2为积分常数。将上述方程带入phi1和phi2的边界条件中,可得到:
C1 = 0
C2 = 0
因此,电势分布为:
phi(x) = -(p0/2*epsilon0) * x^2
电场强度E(x)为:
E(x) = -d(phi(x))/dx = (p0/epsilon0) * x
使用MATLAB代码画出电势和电场分布曲线:
```matlab
syms x p0 epsilon0 d V;
% 电荷密度
rho = p0 * x / d;
% 泊松方程
phi = dsolve(diff(phi, x, 2) == -rho/epsilon0, phi(0) == 0, phi(d) == V);
% 电场强度
E = -diff(phi, x);
% 电荷密度分布
ps = epsilon0 * p0 * d;
% 绘制电势分布曲线
fplot(phi, [0, d]);
xlabel('x');
ylabel('phi(x)');
title('Electric Potential Distribution');
% 绘制电场分布曲线
fplot(E, [0, d]);
xlabel('x');
ylabel('E(x)');
title('Electric Field Distribution');
```
运行上述代码,即可得到电势和电场分布的曲线图。
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