Скачиваний:
15
Добавлен:
14.06.2022
Размер:
1.72 Mб
Скачать

Advanced chapters of theoretical electroengineering.

1

Lecture 4

Method of images

(метод зеркальных изображений)

after: K. Binns, P. Lawrenson. Analysis and computation of electric and magnetic field problems

2

Image method for the flat boundary between dielectrics.

y

1 h r

x

2

E

2 r

Application of the image method is not so evident.

Here the electric field exists in both half-spaces.

Each half-space requires separate solution

- field induced by the charged line source

3

Image method for the flat boundary between dielectrics.

 

1-st region.

Dielectric constant is the same in both half-spaces.

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Let us place the image into the point of

 

y=-h.

 

 

 

 

 

1

 

h

r1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Charge density of the image is

 

 

τ1

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

1

 

h

r2

Field intensity at the boundaries

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

1

 

 

x

 

 

x

 

1

 

 

 

Ex

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2 1

r2

2 1

r2

2 1r2

r1 r2 r

 

Ey

 

 

 

 

 

h

 

1

 

 

 

 

h

 

h

 

 

 

1

 

 

2

1

 

 

r2

2

1

 

 

r2

2

r2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

Image method for the flat boundary between dielectrics.

2-nd region.

Dielectric constant is the same in both half-spaces.

 

2

y

2

h

r

x

2 No charges here!

2

Charge density of the image is

τ2

 

 

Field intensity at the boundaries

Ex

 

2

 

x

 

2 2

r2

 

Ey

 

2

 

 

h

 

2 2 r2

 

 

 

5

Image method for the flat boundary between dielectrics.

Boundary conditions are:

 

 

y

Ex(1) Ex(2)

 

Dy(1) Dy(2) 1Ey(1) 2 Ey(2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

h

r

 

In the upper half-space

Ex(1)

 

 

x

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

2 1r

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

Ex

 

 

2

 

 

 

x

 

 

 

 

 

In the lower half-space

(2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 2

 

r2

 

 

 

 

 

1

2

 

2 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

First relation

 

 

 

or

1 2

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

Image method for the flat boundary between dielectrics.

Boundary conditions for vertical

1Ey(1)

2 Ey(2)

component of the field intensity

 

 

y

1 h r

x

2

Combining with the 1-st

2 1 1 1

In the upper half-space

In the lower half-space

 

Second relation

 

 

 

 

 

 

or

 

1

1

2

 

 

 

 

1

2

 

Ey(1)

 

 

h

 

 

1

 

 

 

 

2 1r2

 

 

 

 

h

(2)

 

 

 

2

 

 

Ey

 

 

 

 

 

 

 

2 2

 

 

r2

 

 

 

 

 

1 2

2 2 2

1 2

7

Equivalent charge density.

Assuming the same dielectric constant in the whole space:

 

 

1

 

 

 

 

 

y

 

 

Substituting the expressions for the derived

linear

 

 

 

 

 

 

charge densities we shall get

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

r

 

(1)

 

 

2

 

 

h

 

 

(2)

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

Ey

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ey

 

 

1 2 r

2

 

 

 

x

1 1

2

r

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1)

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2 h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Charge density

Ey

 

Ey 1

 

 

 

 

 

 

(x)

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

r2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

There are no free charges at the interface!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x) 1

 

2 2D(ext)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

Method of images for cylindrical boundaries between dielectrics.

9

Problem formulation

Primary field source – charged line

 

 

Dielectric cylinder

1

 

2

 

r

 

 

 

 

C

 

0

The goal is to replace a cylinder by thin charged wires

E(1)

E(2)

 

0

E(1)

E(

2)

 

 

 

n

n

 

10

Соседние файлы в папке Лекции+экзамен