常见带电体电场表达式表:
类型:无限面
电荷分布:σ
电场表达式:E = σ / (2ε₀)
方向:垂直
说明:与距离无关
类型:圆环
电荷分布:Q, R, z
电场表达式:E = (1 / (4πε₀)) · (Qz / (R² + z²)^(3/2))
方向:沿轴
说明:越远越近似点电荷
类型:半圆
电荷分布:Q, R
电场表达式:E = (1 / (4πε₀)) · (2Q / (πR²))
方向:圆心向上
说明:对称简化
类型:有限导线延长线
电荷分布:λ, L, r
电场表达式:E = (λL) / (2πε₀ r √(L² + r²))
方向:沿轴
说明:有限对称积分
类型:球体
电荷分布:Q, R, r
电场表达式:
r < R: E = (Qr) / (4πε₀ R³)
r > R: E = Q / (4πε₀ r²)
方向:向外
说明:高对称性问题
带电物体的电场(使用高斯定理)
根据高斯定律:
∮ E · dA = q_in / ε₀
对于点电荷或球对称电荷分布,在半径为 r 的球面上,由对称性:
- 电场 E 处处指向径向
- 电场大小处处相同
左边积分变为:
E · (4πr²) = q / ε₀
解出电场大小:
E = (1 / (4πε₀)) · (q / r²)
带电物体的电势(从无限远积分)
电场和电势的关系:
ΔV = - ∫ E · ds
由于电场是径向的,位移也沿径向,积分简化为:
V(r) - V(∞) = - ∫_{∞}^{r} E dr
带入电场表达式:
V(r) - 0 = - ∫_{∞}^{r} (1 / (4πε₀)) · (q / r²) dr
计算积分:
V(r) = (1 / (4πε₀)) · (q / r)