このページは、 Wednesday, 14-Mar-2001 10:04:08 JSTに更新されました。
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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。

半径R,R(R<R)の厚さの無視できる同軸の無限長円筒に電荷密度 σ,σ〔C/m〕で電荷が分布するとき、円筒の中心から距離rの場所での電界を求める。


 円筒の茶筒状の閉曲面でガウスの定理を利用する。電界は、電荷の分布する無限長の円筒の中心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円筒の中心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。
 電荷の分布する円筒の中心を中心軸にして長さ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を等しいとおき電界を求める。

中心軸からの距離rにおける円柱側面での電界の大きさをEとすれば、

左辺=E2πrL

右辺=0;(r<R)、
  =σ2πRL/ε;(R<r<R
  =(σ2πRL+σ2πRL)/ε;(R<r)

左辺=右辺より、

r<Rのとき、     E(r)=0  〔N/C〕

<r<Rのとき  E(r)=σ/εr  〔N/C〕

<rのとき    E(r)=(σ+σ)/εr  〔N/C〕

電界は、σ>0(σ<0)のとき、無限長円筒の中心軸から外(内)に向かう方向


σ>0の場合の電界を赤線で示す
円筒の外には、電気力線は出ないので電界が及ばない。


これでこの項目は終わり

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