このページは、 Wednesday, 21-May-2008 18:37:57 JSTに更新されました。
このページは、’後藤 英雄@電気電子システム工学科 中部大学’が作成しています。
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ガウスの定理を利用した電界の計算 円柱状(缶の形)に閉曲面を選ぶ。

太さを無視できる無限長の線上に均一に線電荷密度λ〔C/m〕で電荷が分布する場合、線から距離Rの場所での電界を求める


 電界は、電荷の分布する無限長の線より垂直に外に向かう方向であるから、電荷の分布する無限長の線を中心軸にした円筒の側面と 電界の方向は垂直である。また、円筒側面上で電界の大きさはすべて等しい。  電荷の分布する線を中心軸にして高さL半径Rの円柱型の閉曲面上でガウスの定理左辺の面積分を行なう。 右辺の電荷総量も求めて両辺が等しいとおき電界を求める。

閉曲面上での電界の大きさをEとすれば、

左辺=∫d (S:円柱側面+円柱上面+円柱下面)
   =∫d (S:円柱側面)+∫d (S:円柱上面+円柱下面)

d (S:円柱側面)=E∫d S(S:円柱側面)(d は同じ方向で、Eは面上で同じ値)
    =E2πRL

d (S:円柱上面+円柱下面)=0(面上でd は垂直なので内積は’0’)

左辺=E2πRL

右辺=λL/ε

左辺=右辺より、2πRLE=λL/ε

     E=λ/2πεR 〔N/C〕(λ>0(λ<0)なら、線から外(内)に向かう方向)


答を図示する

電気力線は、無限長の線を中心に放射状に外に向かう(電荷が負なら内に向かう)方向で表現される。
中心からの距離をRとすれば、電界の強さはグラフのように変化する。(Rに対して反比例する)

別解(積分で求める) 


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