このページは、 Wednesday, 14-Mar-2001 10:17:26 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 柱状(上面と下面(断面)の形状は任意)に閉曲面を選ぶ。

無限の広がりを持つ厚さを無視できる平面上に均一に面電荷密度 σ〔C/m〕で電荷が分布する場合、平面の上方Hでの電界を求める。


 電界は、σ>0では、電荷の分布する無限平面より垂直に外(上下)に向かう方向であるから、電荷の分布する無限平面を中心に上下に高さを持つ柱の側面内に、電界の方向はある。また、柱上面と下面では、電界は外向きに面に垂直で、大きさが等しい。

 電荷の分布する面を中心にして上下に高さH、断面積Aの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:柱側面+柱上面+柱下面)=∫d (S:柱側面)+∫d (S:柱上面+柱下面)

d (S:柱側面)=0(面上でd は垂直なので内積は’0’)

d (S:柱上面+柱下面)=2EA

左辺=2EA

右辺=σA/ε

左辺=右辺より、2EA=σA/ε

   E=σ/2ε  〔N/C〕 (σ>0(σ<0)面から外に(面に)向かう方向)


答を図示する

電界は、無限平面を中心に垂直に外に向かう(電荷が負なら内に向かう)方向で表現される。電界は、平面からの距離にはよらない。電界を図示する。

別解(積分で求める) 

 

 r,φで与えられるxy面上の点(rcosφ,rsinφ)において中心軸に対して反対方向の点(rcos(φ+π),rsin(φ+π))の電荷による電界を考えると、 両者によって電界のxy成分は打ち消される。総ての平面上の点において、同様に打ち消されるので、電界のx成分,y成分は0となる。)


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