為什麼均勻帶電球內部場強為零?

時間 2021-06-08 11:48:03

1樓:

原文主要是使用 (1)電通量的概念,(2)靜電場的高斯定理,(3)球面幾何上的對稱,這三個點闡述為什麼球面導體內部電場場強為零。

首先必須指出有回答中出現的明顯問題,電通量為零並不代表電場場強為零。乙個簡單的例子是單個負電荷的電場中任意不包含該電荷的閉合曲面的電通量均為零。另外均勻帶電球殼內部場強為零不限於導體,但是我的回答僅僅限於靜電場。

將外部較大高斯面記為面1,內部較小高斯面記為面2,注意兩個高斯面的球心均在原球面的球心

電通量的乙個不夠準確但形象的解釋就是,某面積內電場線穿過數量的淨值(因為正負方向)。

而靜電場的高斯定理所表達的是,靜電場中任意閉合曲面內的電通量等於包含的電荷量除以某個相關物理量。

對於均勻的帶電球,構建圖中大小兩個高斯球面,外部的面1以及內部的面2,由於考慮的是球體內部的分布,通過高斯定理可以知道電通量為零,因為內部不包含電荷。

而考慮面2的幾何對稱性以及球面的電荷均勻分布,則如果球體內存在電場,那麼在面2上所有的點電場強度的數值應當相同,且其相對於球心的徑方向(垂直於面2)應當一致(要麼都是向內要麼都是向外),而根據高斯定理可知徑向電場強度為零。

(電場線的使用僅僅是為了幫助理解,說法本身其實存在爭議)

由此可知,如果存在電場,只可能是切向電場(平行於面2),這就意味著電場線會形成閉環即電場是無源場,而在本問題的情況即靜電場(不存在運動的電子以及變化的磁場),電場只可能是有源場,因此不可能存在閉環電場線。

排除切向電場之後,可以說明均勻的帶電球內部面2上每點的場強均為零。

既然帶電球面內部的面2上所有的點場強均為零,那麼用相同的推理可以說明,帶電球面內所有與面2同心的球面上的點場強都為零。由此可知,均勻帶電球內部場強處處為零。

另外插句話,均勻帶電球體是靜電場有兩種情況,一種是導體的靜電平衡,另外一種是束縛住電荷的均勻分布(至於怎麼實現那就是題外話了)。而電荷加速度運動卻仍然保持均勻分布的帶電球體應該不屬於這個問題。

而如果是均勻帶電的小球,那就可以看作極限問題了。小球足夠大,那麼小球與小球圍成球面是存在空隙的,就變成了乙個複雜的問題要考慮是否是導體等等,但只要相對而言小球足夠小就可以近似為球面問題。這種情況乙個極端的例子就是球面只存在六個點電荷,那麼顯然,內部場強並非處處為零。

2樓:余佩陸離

試試能不能說到高中生明白.

先把球殼過試探電荷q截面,

再過試探電荷畫兩條線段,與圓相交,過q把線段分為上下兩部分,上半部分較短長度為r,下半部分較長長度為R,

因為我們求的是球殼的電場,是乙個面,所有順便設單位面積的帶電量為Δq,

兩條線段截出了一段弧,假設它們小到可以看成筆直的線段,記它的一半分別為a和b(因為要算的是面積,這裡其實是設半徑)

根據相似三角形原理,b/a=R/r→b=aR/r

求源於上方和下方的場強,因為弧特別小,看成點電荷之後距離分別看成r和R(當然要麻煩地加個三角函式也行),

上=下由於上述過程不要求點的位置和線段的方向,所以在球殼內任何點在任何方向上述結論都成立,

下圖是其它方向三角形的相似,有一對對頂角,一對同弧的角。

3樓:開始

我也有類似的問題,如果你是大學生,那就假定內切球為高斯面,因為內部沒有q,則電通量為零,電廠就為零了,我不知道對不對,但是肯定是高斯定理不是別的

4樓:貪吃的魚

均勻帶電球殼的空腔內是沒有場強的,而均勻帶電球體內部場強是與球心距離成正比關係的,不知道是你聽錯了還是老師講錯了,如果你在讀大學可以學習一下高數和高斯公式去證明,如果是高中理解不了就只能背下來了

5樓:葉曉度

前面說了,準確的說法應該是帶電導體內部場強為零。

前面提供了正面解釋,我提供另乙個思路。

假設帶電導體內某一時刻場強不為零,則會出現電荷移動(導體中通常是電子),這種電荷移動會削弱已存在的電場,並且直到這電場被完全抵消才停止,重新達到平衡,即導體內部沒有電場。

事實上這個平衡過程是客觀存在的,但是非常短暫,所以我們看到的帶電導體內部一般都是沒有電場的

6樓:asdasd 8321

這是乙個數學上的巧合,或者說純屬幾何上的巧合。

樓主覺得四面八方都是電場線,但是,注意,它們剛好能夠抵消。因為電場力和距離的平方成反比,而任取一點,其某一方向的電荷量和其正對著另一方向的電荷量也和距離平方成正比。所以電場強度剛好抵消。

這個數學證明對於高中生可能有點難度,不做強求。

7樓:豆子峽谷

你這個問題就是錯誤的,你可以說靜電平衡的導體內部電場為0,也可以說均勻帶電球殼內部電場為0,但是均勻帶電球內部是有場強的。

8樓:郭子恆

先問是不是再問為什麼。

正確的命題是帶電導體球內處處電場強度為零。球這個限定條件可以去掉,即任何導體內部的場強為零。如果不是導體,那麼球內場強可以不為0。

導體內部場強為0是由導體這個性質所決定的。若某點場強不為零,則該點處的自由電荷就會受庫侖力的作用而移動,移動結果一定是抵消該處場強,使該點處場強為0,直至新的靜電平衡形成,從而平衡狀態下的導體就是電場強度處處為零的。

若導體內有空腔而空腔內沒有電荷,根據電場的有源性(麥克斯韋方程組第一條),空腔內也是場強處處為0的。

非導體沒有自由電荷這一性質,可以使形狀內部的場強不為零,但仍滿足電磁學方程組。

均勻帶電圓環內場強除圓心外都不為零,既然這樣,為什麼這個環沿軸線轉一圈後形成的球體內場強處處為零?

不靠譜的琴弦 好問題。不過這個問題的表述存在問題。後半句應該改為,均勻帶電的球殼內部產生的電場處處為零。如果你把乙個均勻帶電的圓環旋轉一周,得到的並非均勻帶電的球面。如果那樣做的話,你可以想象到,赤道處的電荷面密度明顯低於南北極處。對於非均勻分布的電荷球面而言,不存在內部處處無場強的性質。修改好問題...

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