比如下列题目的描述(当然我不是来问题目答案的)我有疑惑:模型由半径为R1的长直圆柱导体和同轴半径为R2的薄导体圆筒组成,其间充以相对电容率为ε的电介质.设直导体和圆筒单位长度上的电荷分别为+λ和-λ.

第一种情况,高斯面是在带电荷导体柱和带电荷导体筒之间取,形状为同心圆柱。

第二是我想问的:撤掉导体筒,找同样的高斯面。

计算高斯面上电场强度,过程都一样结果也一样。结果为什么没区别?单纯对一个真空中的导体柱取同心的柱形高斯面算的结果,为什么和外面有导体筒结果是一样的呢?感情这导体筒一点用都没有。


请注意电介质中的高斯定律: [公式]

高斯面内的自由电荷 [公式] 是相同的,高斯面 [公式] 相同且对称,那么说明 [公式] 相同。

然而 [公式][公式] 相同并不能说明 [公式] 相同!你别忘了这里还有个 [公式] 极化强度,也就是说束缚电荷产生了附加电场!

你让外壳的薄导体筒带电不一样,则束缚电荷、附加电场都不一样,那么高斯面上的电场强度也不一样。


那只是因为你举的例子碰巧罢了。

另举一个简单的例子:空间中有一点电荷,取一同心球面为高斯面,其电通量为一值Φ,这时再引入一个新的点电荷,只要这个点电荷不在原来的球面内,那该球面上的电通量仍为Φ,这就是高斯定理告诉我们的。但考察电场分布,很明显单个点电荷和两个点电荷产生的电场在空间中完全不同,球面上的电场无论是强度还是方向都明显改变了,但无论电场怎么变,都不会影响通过该球面的电通量。


导体筒的作用在于把电磁场能量限制在两个导体之间,参考同轴线。


电场强度一致又不代表电位移矢量一致,电场强度又不是描述电场性质的唯一参数


根据高斯定理,只要一个物体的电荷量不变,则只包含它的高斯面上的电通量也不变。形象地理解就是它周围电场线的条数是不变的。两个带电体相对位置改变时,电场线的条数是不变的,只是分布可能会变化。一般来说,两个同号带电体靠近,彼此之间的电场线会被「挤」到外侧去,而异号带电体靠近,电场线则会被集中到彼此之间。

如题情形中,可以先取一个半径无穷大的负电圆筒,此时圆柱周围的电场显然与孤立时相同。随后缩小圆筒半径,由于对称性,电场线始终轴对称分布,因此与初始时一致。

类似的,点电荷或球形带电体外套一个同心球壳,也跟没有球壳(球壳半径无穷大)时一致。


某个面的电通量相等,不代表面上的电场强度相等。描述的问题中,刚好是对称性分布的电荷,均匀带电的圆筒在筒内的电场为零,类似的还有均匀带电的球面


推荐阅读:
相关文章