两个同心薄金属球壳,半径分别为r1和r2,球壳间充满两层同心的球壳形各向同性均匀电介质,内外层电介质的介电常量分别为∈1和∈2,两层电介质分界面的半径为r.内球壳带电量为Q且外球壳接地,求此电容器的电容值c
时间: 2024-06-04 19:08:31 浏览: 348
两电极静电同心球系统的成像电子光学及其空间-时间像差
根据电容器的定义,电容值等于所存储的电荷量与电压之比。因为内球壳带电,外球壳接地,所以两球壳之间的电势差为:
V = Q / (4πε1r1) - Q / (4πε2r2)
其中,ε1和ε2分别为两层电介质的介电常量。将其代入电容器的公式中可得:
C = Q / V = 1 / (1 / (4πε1r1) - 1 / (4πε2r2))
但是,我们还需要求出分界面的半径r。根据高斯定理,两层电介质之间的电场强度大小为:
E = σ / ε1 = σ / ε2
其中,σ为分界面上的面电荷密度。因为分界面是一个球面,所以面电荷密度可以表示为:
σ = Q / (4πr²)
将其代入电场强度公式中可得:
E = Q / (4πε1r1²) = Q / (4πε2r²)
解得:
r = r1 * √(ε2 / ε1)
将其代入电容器的公式中可得:
C = 4πε1ε2r1r2 / (r2 - r1)
综上可得,此电容器的电容值为4πε1ε2r1r2 / (r2 - r1)。
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