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一道求麦氏方程组的简单问题

一道求麦氏方程组的简单问题

`    在一个半径为R的圆形平面区域里,存在垂直与该平面且随时间均匀增大的匀强磁场,磁感强度随时间的变化率是k,试求出该电磁场的电场强度E的表达式?
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`    以圆形磁场区域的圆心为坐标原点建立坐标系,取z轴沿着磁场方向。下面研究在坐标平面xoy上离原点距离是r的一点P 。
      磁场的表达式很简单,在圆内 B=kt ,在圆外 B=0 .无限长圆拄型通电密绕螺线管可以产生这样的匀强磁场,应用螺线管的磁场公式B=μ0j,可求得圆拄面上的面电流密度是j=B/μ0=kt/μ0
      下面求解电场的表达式。
      真空中的麦克斯韦方程组是
            

因为圆内外都没有电荷和电流,在考虑到μ0ε0=1/c2。上述方程组可以简化为
            

因为本题中的磁场是匀强磁场,所以磁感应强度的散度和旋度都是0。这样上边的第三式在求电场表达式时是多余的,应去掉第三式,第四式也可进一步简化
            

最后一式说明该电场一定是静电场,下面令E只是坐标的函数,与t无关,那么就只需求解下面的方程组了
            
      
      下面分别讨论圆内和圆外的电磁场。
      1、若P点在圆内,那么B=kt且沿z轴方向,取z轴方向的单位矢量是,设圆内的电场强度是E1,那么,圆内的电场由一下方程组决定
            
      
      2、若P点在圆外,那么B=0,设圆外的电场强度是E2,那么圆外的电场由下面的方程组决定
            

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`    该题的界面为圆拄,所以用拄坐标研究比较合适。取拄坐标的3个变量是r、φ、z ,电场强度在拄坐标中的3个分量是Er、Eφ、EZ,那么电场的散度和旋度可以表示为
            
               
            

      在圆内的区域,E1应满足
            
         
            

      在圆外的区域,E2应满足
            
         
            

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