
【化】 method of images
electricity
【计】 telewriting
【化】 electricity
【医】 Elec.; electricity; electro-; galvano-
as; image; picture; portrait; simulacrum
【化】 image
【医】 aerial image; image; picture
dharma; divisor; follow; law; standard
【医】 method
【经】 law
电像法(电像法,英文:Method of Electrical Images)是电磁学中用于求解静电场边界值问题的一种解析方法,其核心思想是通过引入虚拟的“镜像电荷”来等效替代导体或介质表面对实际电荷的感应作用,从而将复杂边界条件问题转化为对称电荷系统的叠加问题。该方法由英国物理学家威廉·汤姆森(William Thomson,即开尔文勋爵)于19世纪提出,广泛应用于电场分布计算、电容分析等领域。
电像法基于唯一性定理:若某一电荷分布满足给定边界条件,则其解即为唯一正确的电势分布。例如,在计算点电荷$q$靠近无限大接地导体平面时,导体表面会感应出电荷,此时可通过在导体另一侧对称位置引入一个镜像电荷$-q$来等效替代感应电荷的影响,从而直接计算空间电势$Phi(mathbf{r})$: $$ Phi(mathbf{r}) = frac{1}{4piepsilon_0} left( frac{q}{|mathbf{r}-mathbf{r}q|} + frac{-q}{|mathbf{r}-mathbf{r}{-q}|} right) $$ 此公式满足导体表面电势为零的边界条件。
电像法(又称镜像法)是电磁学中用于求解静电场边值问题的一种特殊方法,主要用于处理存在导体或介质边界的电荷分布问题。以下是对其核心内容的综合解释:
电像法通过在求解区域外引入虚拟的镜像电荷,等效替代边界上的感应电荷或极化电荷对电场的影响,从而将复杂边界问题转化为无界空间中的点电荷叠加问题。例如,无限大接地导体板附近的点电荷,其感应电荷的电场可等效为对称位置的镜像电荷产生的电场。
物理基础
当自由电荷(如点电荷)靠近导体或介质界面时,边界处会产生感应电荷。电像法通过镜像电荷的电场与自由电荷的电场叠加,使总电场满足原有边界条件(如导体表面等势或电场法向连续)。
唯一性定理保障
只要镜像电荷的设置符合边界条件,通过唯一性定理可保证解的准确性。
无限大接地导体平面上方点电荷$q$的镜像电荷为$-q$,电势分布公式为: $$ phi(mathbf{r}) = frac{1}{4piepsilon_0} left( frac{q}{|mathbf{r}-mathbf{r}q|} - frac{q}{|mathbf{r}-mathbf{r}{-q}|} right) $$ 其中$mathbf{r}q$和$mathbf{r}{-q}$分别为真实电荷与镜像电荷的位置。
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