Grundvoraussetzung für Berechnung von Teilkapazitäten ist, daß alle beteiligten Körper
in die Berechnung miteinbezogen werden.
Verschiebt man bei einem gedanklichen Versuch
Ladung der Größe durch Anlegen einer Spannung zwischen
zwei ursprünglich ungeladenen Leitern, so kann man auf dem
Leiter 1
und auf dem Leiter 2
messen.
Die Summe der beiden Ladungen ist null, und damit ist Ladungsneutralität bzw.
Ladungsbalance gegeben. Bei numerischen Feldberechnungen, welche nur
Feldgebiete endlicher Größe in die Rechnung miteinbeziehen, ist aber darauf zu achten,
daß keine Ladung im Unendlichen
auftritt.
Die Ladung
tritt dann auf, wenn das Hüllenintegral (siehe auch Abbildung
2.1)
bei einer in der Größe gegen unendlich gehenden Hülle ungleich null
ist.
Abbildung 2.1: Randwertaufgabe
Um diese Ausführungen zu präzisieren und die Herleitung der Kapazitätskoeffizienten zu
demonstrieren, wird
Abbildung 2.1 herangezogen. Ausgangspunkt sind beliebig geformte Leiter,
die alle im Inneren einer endlich großen Kugel mit dem Radius
eingeschlossen werden
können. Für das Medium zwischen den Leitern, das sich bis ins Unendliche erstreckt, soll
gelten, und es soll raumladungsfrei sein.
Die Randwertaufgaben
haben nach [Tyc59] eindeutige Lösungen, wobei die Lösungfunktion
der Laplace-Gleichung für eine Randbedingung mit 1 am Leiter
darstellt. Das Potential
an der Stelle
wird durch
gebildet, wobei
das Potential am Leiter
ist.
Die zu
gehörenden Flächenladungen
auf den Leitern
bis
sind
und die aufintegrierten Ladungen ergeben sich zu
mit den neueingeführten Abkürzungen , den sogenannten Kapazitätskoeffizienten.
Außerhalb der Kugel
befinden sich im Endlichen keine Ladungen. Es gilt
somit die Laplace-Gleichung
, deren Lösung die asymptotische
Reihenentwicklung
besitzt. Aus der letzten Gleichung folgt weiters
Aus Gleichung (2.2) und (2.7) kann die sich die im Unendlichen befindliche Ladung über das Hüllenintegral
berechnet werden, wobei der Azimutwinkel ist und
der Polarwinkel.
Physikalisch gesehen sind die Leiter mit den Ladungen
(
) durch
die Potentialvorgabe
auf
mit dem Unendlichen leitend verbunden.