利用高斯定律確定電場強度

本文介紹如何利用高斯定律來確定電場強度。

單點電荷產生的電場

利用高斯定律確定電場強度 1要計算單一正電荷所產生的電場,第一步是選擇一個半徑為 r 的球形高斯面,球心位於該電荷處。球的表面積為 4πr²。2.

從球心發出的電場垂直穿透球面,因此電通量公式為 Φ = E A。高斯定律公式為 Φ = Q/ε o

距離單一電荷 r 處的電場強度為:

利用高斯定律確定電場強度 2

E = 電場,k = 庫侖常數(9 x 10 9 Nm 2 /C 2),Q = 電荷,r = 距電荷的距離。

這是電荷產生的電場的公式。此公式可利用庫侖定律推導出來。

實心球內外均有電場,實心球均勻帶電。

一個均勻帶正電的實心球,總電荷量為 Q,體積為 V = 4/3 π R 3,球內的電荷密度為 ρ = Q/V。求球內部和球外部的電場強度。

a) 實心球中的電場

利用高斯定律確定電場強度 3半徑為 R 的實心球,而選定的高斯面是半徑為 r 的球面,其中 r < R。實心球的體積為 V,高斯球的體積為 V'。

高斯球中的電荷量為:

利用高斯定律確定電場強度 4

從球心發出的電場垂直穿透球面,因此電通量公式為 Φ = E A。高斯定律的公式為 Φ = Q/ε o

實心球中心距離為 r 的點的電場強度為:

利用高斯定律確定電場強度 5

根據上述公式,電場強度(E)與電荷量(Q)和高斯半徑(r)成正比,與實心球半徑(R³ )成反比。

b)實心球外部的電場

利用高斯定律確定電場強度 6一個實心球的半徑為 R,高斯面是半徑為 r 的球面,其中 r > R。實心球帶電量為 Q;實心球位於高斯球內部,因此高斯球內的電荷量為 Q。

電場從球心發出,垂直穿透球面,因此電通量公式為 Φ = E A。高斯定律公式為 Φ = Q/ε o

距離實心球中心 r 處的電場強度為:

利用高斯定律確定電場強度 7

均勻帶電空心球表面內外的電場

半徑為 R,體積為 V = 4/3 π R 3的空心球,其表面均勻帶正電,總電荷為 Q。求球體內部和外部的電場強度。

a)空心球內的電場

由於球體是空心的,因此電荷分佈在球體表面,而球體內部沒有電荷。如果所選的高斯面是球面,且高斯球位於空心球體內部,則高斯球內部沒有電荷。電荷為零,因此電場也為零。所以,空心球體內部的電場為零。

b)空心球外部的電場

球體是空心的,半徑為 R,而所選高斯面是球面,半徑為 r,其中 r > R。

從球心發出的電場垂直穿透球的表面,因此電通量的公式為Φ = EA = E 4π r 2。高斯定律的公式為Φ = Q/ε o。

空心球中心距離為 r 處的電場強度為:

利用高斯定律確定電場強度 8

帶電細導線附近的電場

一條細導線無限長,均勻帶正電荷,電荷密度為λ。導線上的電荷量為Q = λl。求細導線周圍的電場強度。

利用高斯定律確定電場強度 9高斯曲面選取為長度為l、半徑為r的圓柱體。曲面有兩種形式:一種是位於圓柱體兩端的半徑為r的圓形曲面(表面積為2πr²)。2)以及長度為 l 的圓柱面(表面積為 2πr l)。

電荷為正,因此電場垂直於管壁方向從導線流出。

因此,電通量為 Φ = EA = E 2πr l。相反,電場平行於圓管的兩端,因此電通量為零。

距離導線 r 處的電場強度為:

利用高斯定律確定電場強度 10

發表評論