高斯定理是一條反映靜電場規(guī)律的普遍定理,在進(jìn)一步研究電學(xué)時,這條定理很重要。在這里,我們只應(yīng)用它來計(jì)算某些對稱帶電體所激發(fā)的電場中的場強(qiáng),在這些情況中,它比應(yīng)用電場強(qiáng)度疊加原理來計(jì)算場強(qiáng)要方便得多。下面舉例說明高斯定理的這種應(yīng)用。
(1)在電場強(qiáng)度已知時,求出任意區(qū)域內(nèi)的電荷
(2)當(dāng)電荷分布具有某種特殊對稱性時,用高斯定理求出該種電荷系統(tǒng)的電場分布
例1:求均勻帶正電球體內(nèi)外的電場分布,設(shè)球體帶電量為q,半徑為r。
應(yīng)用電通量的定義和高斯定理聯(lián)立求解。(解略)
討論:在球面外(r>r),點(diǎn)p的場強(qiáng)為:
方向沿半徑指向球外(如q<0,則沿半徑指向球內(nèi))。
在球面內(nèi)(r<r),點(diǎn)p的場強(qiáng)為:
綜上所述,可得如下結(jié)論:均勻帶電球面外的場強(qiáng),與將球面上電荷全部集中于中心的點(diǎn)電荷所激發(fā)的場強(qiáng)一樣;球面內(nèi)任一點(diǎn)的場強(qiáng)則為零。均勻帶電球面的場強(qiáng)分布,可用其大小e與距離r的關(guān)系曲線來表示。這條曲線e-r 在r=r 處是間斷的,即場強(qiáng)大小e的分布在該處是不連續(xù)的。
例2:均勻帶正電無限長細(xì)棒的場強(qiáng).其線電荷密度為.
場強(qiáng)的大小為:
例3:均勻帶正電的無限大平面薄板的場強(qiáng)。