如图所示,平板电容器中部分填充了介电常数为:的介质。 •若下极板接地,上极板接电位么。 怱略边 缘效应,试利用直接积分法求电容器中电位和电场的分布以及电容器的电容。如果填充的是电导率为。的 导电媒质,,根据静电比拟法,电容器的漏电导是多少?
时间: 2024-05-09 10:15:50 浏览: 145
对于这个问题,我们可以利用直接积分法解决。首先,我们可以先画出电容器的模型:
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其中,上下平行的两条横线分别为电容器的两个极板,中间填充了介电常数为 $\epsilon_r$ 的介质。我们可以假设电容器的高度为 $h$,宽度为 $d$,那么可以利用直接积分法求出电容器内的电场分布:
$$
E = -\frac{dV}{dx} = -\frac{\sigma}{\epsilon_0 \epsilon_r}
$$
其中,$\sigma$ 是极板上的电荷密度。由于电场是连续的,因此我们可以得到:
$$
E(x) = \frac{\sigma}{2\epsilon_0 \epsilon_r} \left(\frac{h}{2} - |x-\frac{d}{2}|\right)
$$
利用这个公式,我们可以求出电容器内的电位分布:
$$
V(x) = -\int E(x) dx = \frac{\sigma}{4\epsilon_0 \epsilon_r} (h|x-\frac{d}{2}| - (x-\frac{d}{2})^2 + \frac{h^2}{4})
$$
由于下极板接地,我们可以得到:
$$
V(x = 0) = 0
$$
由此,可以求出极板上的电荷密度:
$$
\sigma = \frac{4\epsilon_0 \epsilon_r V_0}{h}
$$
其中,$V_0$ 是极板上的电势差。由此,可以计算出电容器的电容:
$$
C = \frac{Q}{V_0} = \frac{\sigma S}{V_0} = \frac{4\epsilon_0 \epsilon_r S}{h}
$$
其中,$S$ 是极板的面积。如果填充的介质是电导率为 $\sigma_c$ 的导体,那么我们可以利用静电比拟法将其等效为一块电导率为 $\sigma_c$ 的无限大导体。那么漏电导就等于导体表面的电导率,即:
$$
G = \sigma_c S
$$
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