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學院物理/連續電荷分布與高斯定律

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高斯定律

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Φ=E→⋅A→=EAcos⁡θ=∫E→⋅dA→=kqr2⋅4πr2=q4πr24πϵr2=qϵ

封閉面的總電通量 =
封閉面內的淨電荷
ϵ

例題

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一

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E→←
←x→al

圖23.2

E=∫dE=k∫dqr2=kλ∫al+adxx2=kλ[−1x]al+adq=λdx=kQl(−1l+a+1a)=kQa(l+a)

二

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a
x

圖23.3


Ex=∫dEcos⁡θ=∫kdqr2xr=∫kxdqr3=kxQx2+a23

三

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R
x
r
圖23.4

Ex=∫kxσrdrdθx2+r23=kx2πσ∫0Rrdrx2+r23=kxπσ∫0Rd(x2+r2)x2+r23dq=σdA=σrdrdθ=2πσrdr=kxπσ∫0R(x2+r2)−32d(x2+r2)=−2kxπσ[1x2+r2]0R=−2kxπσ(1x2+R2−1x2)=2kxπσ(1x−1x2+R2)=2kπσ(1−xx2+R2)

四

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→→E→→

圖23.9


ΦE=0

六

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←a→⟵r⟶
r
圖23.14

E(r>a)=kQr2ΦE=E∮dA=Qϵ=E4πr2E(r<a)=kQra3E4πr2=Qinϵ=Qr3a3/ϵ=Qr3ϵa3E=kQinr2Qin=Q43πr343πa3=Qr3a3

七

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 +
↖↗⟵⟶↙E→↘⟵l⟶r
圖23.16

E2πrl=λlϵE=λ2πϵr=2kλr

八

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+++++

+++++

+++++
圖23.17

2EA=σAϵE=σ2ϵ