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高斯定理:上式中的E应是合场强,这句话不明白,怎么会是合场强?

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解决时间 2021-03-06 23:11
  • 提问者网友:太高姿态
  • 2021-03-06 19:01
高斯公式推导过程明明只是高斯面中包围的电荷产生的场强啊?

推论二 静电平衡导体表面外附近的电场强度的大小与该处表面上的电荷密度的关系为:

即表面附近的电场可看作是匀强电场且场强与电荷面密度成正比。这里所说的导体表面附近的含义应是指考察点的位置相对于导体很近,以至于在该点能看到的导体表面上一块很小的面积S就象是一个无限大的平面。
上式也可以用高斯定理来证明,见下图,考察点P在导体表面附近,

导体表面附近的电场
过P点作一个很小的柱型高斯面S,柱面的上底ΔS过P点且与导体表面平行,柱面的侧面与导体表面垂直。由高斯定理 ,定理左边为电场通量,由于导体表面附近的场强与表面垂直,故柱面侧面与场强E平行没有通量,柱面下底在导体内,E=0,故通量也为零,所以只有上底面上有电场通量。由于上底与E垂直,在一个很小的区域内E又可以看作均匀场,故通量为EΔS。公式右边的q为柱面所围住的净电荷,柱面在导体表面围住一块大小也为ΔS的面积,由于电荷可以看作是均匀分布的,故,为导体表面的电荷密度,于是有,由此可得。在上面的推导过程中所用图形是按导体表面电荷为正的情况下作出的,若表面为负电荷,容易看出,以上的推论仍然正确,但电场的方向是指向导体表面的。
按高斯定理的物理含意,上式中的E应是合场强,不要误解为就是考察点P附近的导体表面处的电荷所贡献的场强,而是所有表面上的电荷以及导体外的电荷共同产生的总电场的场强。



最佳答案
  • 五星知识达人网友:孤独入客枕
  • 2021-03-06 19:09
物理学中有好多公式,特别是积分公式,并不能表示实际物理意义,或者说不能从公式表面上理解其物理意义。
高斯公式中虽然只涉及高斯面内的自由电荷,但公式中的E是空间内所有电荷激发的合场强。这是高斯公式的实际意义。你只需记住这一点就行,高数如果学到了曲面积分的真正含义就自然理解了。
这也注定了这一类积分公式(高斯公式、安培环路定理等等)在应用时有很明显的局限性:只能解决对称性很强的宏观问题,一旦问题稍微复杂些,比如物体不对称了,就不能用高斯公式解决了,需要注意的是:虽然高斯公式不能解,但它还是正确的,只不过解不出来而已。
要解这种问题需要用到高斯公式的微分形式,也就是泊松方程,解空间内的泊松方程(或者是拉普拉斯方程)就能得到电势分布,再求负梯度就是电场了。一般情况下是级数解,还有积分形式的解等等的。
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