内半径R、肉厚T(外半径R+T)の球殻状に均一に電荷密度 ρ〔C/m3〕で電荷が分布する場合、球殻の中心からHでの電界を求める。
電界は、球の中心より外に向かう方向であるから、電荷の分布する球の中心から外向きに電界の方向はある。
中心からの距離が等しい点では、電界の大きさは同じで、球表面に垂直である。
(θ,φで与えられる点(rsinθcosφ,rsinθsinφ,rcosθ)において中心軸に対して反対方向の点(rsinθcos(φ+π),rsinθsin(φ+π),rcosθ)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。総ての空間内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。ρ>0なら、電界は球の中心から外に向かう方向になる)
電荷の分布する球を中心にして半径Hの球状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=∫E・d
S(S:球表面)=∫E・d
S(S:球表面)
=E∫d
S(Eとd
Sは同じ方向で、Eは面上で同じ値)=E4πH2
左辺=E4πH2
右辺=0(H<R)、ρ4π(H3-R3)/3ε0;(R<H<R+T)、ρ4π((R+T)3−R3)/3ε0;(R+T<H)
左辺=右辺より、
H<Rのとき、 E=0 〔N/C〕
R<H<R+Tのとき、 E=ρ(H3−R3)/3ε0H2 〔N/C〕 (ρ>0のとき中心から外に向かう方向)
R+T<Hのとき、 E=ρ((R+T)3−R3)/3ε0H2 〔N/C〕 (ρ>0のとき、中心から外に向かう方向)
電界は、球の中心から外に向かう(負の電荷なら内に向かう)方向になる。電界を図示する。