電磁気学の問題

電磁気学の問題

NEO さんの書込 (2007/04/03(Tue) 05:29)

電磁気学で,面密度σで帯電している平面S(長方形:一辺a,b)が点P(0,0,z)につくる電場を求める問題が解けません. どなたか解ける方,ご教授願います.

Re: 電磁気学の問題

クロメル さんのレス (2007/04/03(Tue) 23:29)

大きさは有限なんですか?無限に大きければガウスの法則と対象性から簡単に解けますよねえ?

コンピュータなら電荷が作るポテンシャルを計算すれば,解けそうですね.

解析的には同じくポテンシャルを求めて,積分を含んだ式としてなら計算できるかもしれません.

Re: 電磁気学の問題

NEO さんのレス (2007/04/04(Wed) 06:34)

はい,有限の場合を考えています.

円型(半径r)の場合は,クーロンの法則から,電荷を積分して解くことができたのですが, 長方形(-a≦0≦a,-b≦0≦b,)の場合は,どのように計算すればいいのかわからないのです.

Re: 電磁気学の問題

yama さんのレス (2007/04/04(Wed) 13:43)

長方形の微小部分がつくる電場をクーロンの法則を用いて計算し,それを長方形全体で積分すれば求められるのではないでしょうか. 対称性からx成分とy成分は0になるので,z成分だけを考えればよいと思います.

Re: 電磁気学の問題

クロメル さんのレス (2007/04/04(Wed) 15:40)

えーと,ポテンシャルは

\phi &= \frac{1}{4 \pi \epsilon} \int_{-b}^b \int_{-a}^a \frac{\sigma}{\sqrt{(0-x^\prime)^2+(0-y^\prime)^2+(z-0)^2}}\  dx^\prime \ dy^\prime\\&= \frac{1}{4 \pi \epsilon} \int_{-b}^b \frac{\sigma}{y^{\prime2}+z^2}\ ( \tan^{-1}\frac{a}{y^{\prime2}+z^2} - \tan^{-1}\frac{-a}{y^{\prime2}+z^2} )dy^\prime\\&=\frac{1}{2 \pi \epsilon} \int_{-b}^b \frac{\sigma}{y^{\prime2}+z^2}\ \tan^{-1}\frac{a}{y^{\prime2}+z^2} dy^\prime

ですから,これが,計算できるかどうかですね.

Re: 電磁気学の問題

zoro さんのレス (2007/04/04(Wed) 21:32)

横から失礼します.

少なくとも,zが小さくて,x,yも其の長方形の中心の近くなら電場は一定値に漸近しますね.また,其の長方形のサイズよりも十分に遠方なら全電荷,σab,をもった点電荷の振る舞いに漸近しますね.検算に使えます...,てご存知ですよね,こりゃまたしつれいしました(植木 等さんを偲んで).

電場は,yamaさんの方針で出すのが最速と思いますが,その積分は初等関数では表現できないと思います.クロメルさんの処方で,zの偏微分を取ると簡単になると良いですが...,最近,指に力が入らなくなってしまった.

==== yamaさん,便乗質問です.

このページは"Mac"で書いています.HNを前のところからコピー&ペーストしています.この場合,「y」と「a」には半角の空白があるように見えます.ところが,"Windows"で見ると,「yama」にしか見えません.恐らく,"Mac"での全角の「y」が正しいと推測しております.

ブラウザは両者とも"Firefox 2.0.0.3"を使用しております.もし宜しければ,どちらか正しいかをお教え下されば幸いです.もし個人情報の関係で問題があれば,この便乗質問部分は撤回いたします.

Re: 電磁気学の問題

yama さんのレス (2007/04/04(Wed) 23:09)

yは半角ですが・・・全角でも別に差し支えはありません.

Re: 電磁気学の問題

zoro さんのレス (2007/04/04(Wed) 23:20)

ご回答有り難うございました.以後は,半角で記入致します.