大學物理高斯定理,高斯面的電場強度不受外界電場影響嗎?
比如下列題目的描述(當然我不是來問題目答案的)我有疑惑:模型由半徑為R1的長直圓柱導體和同軸半徑為R2的薄導體圓筒組成,其間充以相對電容率為ε的電介質.設直導體和圓筒單位長度上的電荷分別為+λ和-λ.
第一種情況,高斯面是在帶電荷導體柱和帶電荷導體筒之間取,形狀為同心圓柱。
第二是我想問的:撤掉導體筒,找同樣的高斯面。
計算高斯面上電場強度,過程都一樣結果也一樣。結果為什麼沒區別?單純對一個真空中的導體柱取同心的柱形高斯面算的結果,為什麼和外面有導體筒結果是一樣的呢?感情這導體筒一點用都沒有。
請注意電介質中的高斯定律:
高斯面內的自由電荷 是相同的,高斯面 相同且對稱,那麼說明 相同。
然而 , 相同並不能說明 相同!你別忘了這裡還有個 極化強度,也就是說束縛電荷產生了附加電場!
你讓外殼的薄導體筒帶電不一樣,則束縛電荷、附加電場都不一樣,那麼高斯面上的電場強度也不一樣。
那只是因為你舉的例子碰巧罷了。
另舉一個簡單的例子:空間中有一點電荷,取一同心球面為高斯面,其電通量為一值Φ,這時再引入一個新的點電荷,只要這個點電荷不在原來的球面內,那該球面上的電通量仍為Φ,這就是高斯定理告訴我們的。但考察電場分布,很明顯單個點電荷和兩個點電荷產生的電場在空間中完全不同,球面上的電場無論是強度還是方向都明顯改變了,但無論電場怎麼變,都不會影響通過該球面的電通量。
導體筒的作用在於把電磁場能量限制在兩個導體之間,參考同軸線。
電場強度一致又不代表電位移矢量一致,電場強度又不是描述電場性質的唯一參數
根據高斯定理,只要一個物體的電荷量不變,則只包含它的高斯面上的電通量也不變。形象地理解就是它周圍電場線的條數是不變的。兩個帶電體相對位置改變時,電場線的條數是不變的,只是分布可能會變化。一般來說,兩個同號帶電體靠近,彼此之間的電場線會被「擠」到外側去,而異號帶電體靠近,電場線則會被集中到彼此之間。
如題情形中,可以先取一個半徑無窮大的負電圓筒,此時圓柱周圍的電場顯然與孤立時相同。隨後縮小圓筒半徑,由於對稱性,電場線始終軸對稱分布,因此與初始時一致。
類似的,點電荷或球形帶電體外套一個同心球殼,也跟沒有球殼(球殼半徑無窮大)時一致。
某個面的電通量相等,不代表面上的電場強度相等。描述的問題中,剛好是對稱性分布的電荷,均勻帶電的圓筒在筒內的電場為零,類似的還有均勻帶電的球面
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