如何通過微積分證明一帶電圓環對某一點的電場強度等於帶相同電量且位於圓環中心的點電荷對該點的電場強度?

時間 2021-05-31 17:21:46

1樓:

帶電圓環……在軸線上且距離較遠時有這個結論,然而也只是近似(等於說沒有這個結論)。

帶電球殼有這個結論,用高斯定理可以證明。

2樓:起個名兒好難

軸線上好算,不是軸線上另說。要求不高的話,可以證明距離圓環較遠處的場大概滿足。用多級展開,圓環的偶極矩為零,四極矩算算是不是零。

算到四極矩就夠了,如果偶極矩和四極矩(其實要求不高的話,偶極矩為零就可以)都為零,剩下的多極矩就沒必要看了。這樣,電勢的表示式就只有第一項,就是點電荷項,這就粗略證明了在遠處可以看做點電荷。

在近處不行,很簡單就能看出來,圓環附近各處的場明顯和點電荷的分布是不同的。

3樓:qfzklm

帶電圓環沒有這個結論。。帶電球殼的話則有上述結論。。

設帶電圓環半徑為 ,線密度 ,則空間某點 處【可適當選取直角座標軸的朝向使得 ,座標原點選在圓心】的電勢為

這個積分可以換成標準的橢圓積分,令 ,則

其中 。。

若在軸線上,則取 帶進去就好了。。

此時, 且 ,最終結果為

,其中 為圓環帶電量。。

形式上跟等效在圓形的點電荷還是差一點。。

球殼的話,對稱性就非常高了,可以直接選取座標系的朝向使得 且座標原點處在球心,那麼設帶電球殼半徑為 ,面密度 ,則空間某點 處的電勢為:

這個積分就很好算了, 可以直接積掉得到 ,剩下對 的積分可以做代換 ,最後積分的結果就是

這個就跟等效在球心的點電荷一模一樣了。。

如果 的話,那上述積分結果中,開根號的時候要注意符號,最後算出來的結果是常數。

如何證明這個微積分等式

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