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高斯定理的应用

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高斯定理的应用

    例9.5 求均匀带电球面内外的电场强度分布.已知球面半径为R,所带电量为q(设q>0).

    图9.14 均匀带电球面的场强

    根据电场分布球对称的特点,取过P点的同心球面S为高斯面,通过它的电通量为

    此高斯面内包围的电量为q,根据高斯定理得

    

    故

    

    考虑到电场的方向性,也可表示为矢量形式

    当场点P在球内时,同样取过该点的同心的球面为高斯面,由于它内部没有包围电荷,因此

    

    所以

    

    这表明,均匀带电球面内部的场强处处为零.

    图9.15 无限长均匀带电直线的场强分布

    由于在上下底面的法线方向与场强方向垂直,所以这两部分的电通量为零.而圆柱侧面的面元法线方向与场强方向一致.所以

    

    由此得

    

    结果表明,无限长均匀带电直线电场的大小与场点到直线的距离成反比,方向垂直于带电直线.

    例9.7 求无限大均匀带正电平面外的电场分布,设电荷面密度为σ

     由于均匀带电平面是无限大,所以空间各点的电场强度分布具有面对称性,即距带电平面两侧等距离处各点电场强度E的大小相等,方向处处与带电平面垂直,如图9.16(a)所示.

    取图9.16(b)所示的闭合圆柱面为高斯面,它垂直穿过带电平面并相对平面对称.由于圆柱面侧面的法线方向与电场强度垂直,所以通过侧面的电场强度通量为零.圆柱面底面的外法线方向与电场强度平行,且底面上各点的电场强度大小相等.所以通过整个高斯面的电场强度通量为

    图9.16 无限大带电平面的场强分布

    高斯面内包围的电量,根据高斯定理有

    所以

    

    结果表明,无限大均匀带电平面两侧的电场是匀强电场.

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