fbpx
维基百科

高斯面

高斯面(英語:Gaussian surface、縮寫:G.S.),又称高斯曲面,是三維空間一閉合曲面,用于运用高斯定理计算向量场通量,例如重力场电场磁场[1]是任意形状的封闭曲面S = ∂V(3維V)流形邊界),通过对其进行曲面积分运算,可以求出曲面中包含的场源总量,例如重力场中包含的物质总量和静电场场源中包含的总电荷量,等等,也可以反过来从场源推算它产生的场。例如这里所举的最常见的情况,运用高斯曲面和高斯定理计算电场的时候,运用对称性选择恰当的高斯面,可以简化所研究的问题,使曲面积分更简单。如果高斯曲面上的每一点都能使该点垂直曲面的电场分量为常数,进行曲面积分的时候就能大大简化运算,因为常数可以从积分式中被提取出来。

一种圆柱形高斯面,通常是用来计算一个无限长的直链“理想”线的电荷

常見的高斯曲面 编辑

 
有效(左)和無效(右)高斯曲面的示例

大多數使用高斯曲面計算都是從研究高斯定律電開始:[2]

     

從而Qenc是被高斯曲面包圍的電荷。

這是結合了高斯散度定理庫侖定律的高斯定律。

高斯球面 编辑

當找到由以下任何一種產生的電場或通量時,可使用高斯球面:[3]

高斯圓柱面 编辑

 
中心具有線電荷、顯示所有三個表面的微分面積dA的圓柱體形式的封閉表面

當找到由以下任何一種產生的電場或通量時,可使用高斯圓柱面:[3]

  • 一條無限長的均勻電荷線
  • 一個無限均勻電荷平面
  • 一個無限長的均勻電荷圓柱體

例如“無限線電荷附近的場”如下所示;

高斯盒(pillbox 编辑

另見 编辑

參考 编辑

  1. ^ Essential Principles of Physics, P.M. Whelan, M.J. Hodgeson, 2nd Edition, 1978, John Murray, ISBN 0-7195-3382-1
  2. ^ Introduction to electrodynamics (4th Edition), D. J. Griffiths, 2012, ISBN 978-0-321-85656-2
  3. ^ 3.0 3.1 Physics for Scientists and Engineers - with Modern Physics (6th Edition), P. A. Tipler, G. Mosca, Freeman, 2008, ISBN 0-7167-8964-7

進一步閱讀 编辑

  • Electromagnetism (2nd Edition), I.S. Grant, W.R. Phillips, Manchester Physics, John Wiley & Sons, 2008, ISBN 978-0-471-92712-9

外部鏈接 编辑

高斯面, 英語, gaussian, surface, 縮寫, 又称高斯曲面, 是三維空間一閉合曲面, 用于运用高斯定理计算向量场的通量, 例如重力场, 电场和磁场, 是任意形状的封闭曲面s, 3維v, 流形邊界, 通过对其进行曲面积分运算, 可以求出曲面中包含的场源总量, 例如重力场中包含的物质总量和静电场场源中包含的总电荷量, 等等, 也可以反过来从场源推算它产生的场, 例如这里所举的最常见的情况, 运用高斯曲面和高斯定理计算电场的时候, 运用对称性选择恰当的, 可以简化所研究的问题, 使曲面积分更简单, 如果. 高斯面 英語 Gaussian surface 縮寫 G S 又称高斯曲面 是三維空間一閉合曲面 用于运用高斯定理计算向量场的通量 例如重力场 电场和磁场 1 是任意形状的封闭曲面S V 3維V 流形邊界 通过对其进行曲面积分运算 可以求出曲面中包含的场源总量 例如重力场中包含的物质总量和静电场场源中包含的总电荷量 等等 也可以反过来从场源推算它产生的场 例如这里所举的最常见的情况 运用高斯曲面和高斯定理计算电场的时候 运用对称性选择恰当的高斯面 可以简化所研究的问题 使曲面积分更简单 如果高斯曲面上的每一点都能使该点垂直曲面的电场分量为常数 进行曲面积分的时候就能大大简化运算 因为常数可以从积分式中被提取出来 一种圆柱形高斯面 通常是用来计算一个无限长的直链 理想 线的电荷 目录 1 常見的高斯曲面 1 1 高斯球面 1 2 高斯圓柱面 1 3 高斯盒 pillbox 2 另見 3 參考 4 進一步閱讀 5 外部鏈接常見的高斯曲面 编辑参见 電荷密度 nbsp 有效 左 和無效 右 高斯曲面的示例大多數使用高斯曲面計算都是從研究高斯定律電開始 2 F E displaystyle Phi E nbsp displaystyle oiint nbsp nbsp S displaystyle scriptstyle S nbsp E d A Q enc e 0 displaystyle mathbf E cdot mathrm d mathbf A frac Q text enc varepsilon 0 nbsp 從而Qenc 是被高斯曲面包圍的電荷 這是結合了高斯散度定理和庫侖定律的高斯定律 高斯球面 编辑 當找到由以下任何一種產生的電場或通量時 可使用高斯球面 3 已隱藏部分未翻譯内容 歡迎參與翻譯 a point charge a uniformly distributed spherical shell of charge any other charge distribution with spherical symmetryThe spherical Gaussian surface is chosen so that it is concentric with the charge distribution As an example consider a charged spherical shell S of negligible thickness with a uniformly distributed charge Q and radius R We can use Gauss s law to find the magnitude of the resultant electric field E at a distance r from the center of the charged shell It is immediately apparent that for a spherical Gaussian surface of radius r lt R the enclosed charge is zero hence the net flux is zero and the magnitude of the electric field on the Gaussian surface is also 0 by letting QA 0 in Gauss s law where QA is the charge enclosed by the Gaussian surface With the same example using a larger Gaussian surface outside the shell where r gt R Gauss s law will produce a non zero electric field This is determined as follows 球面S 通量為 F E displaystyle Phi E nbsp displaystyle oiint nbsp nbsp S displaystyle scriptstyle partial S nbsp E d A c E d A cos 0 E S d A displaystyle mathbf E cdot d mathbf A iint c EdA cos 0 circ E iint S dA nbsp The surface area of the sphere of radius r is S d A 4 p r 2 displaystyle iint S dA 4 pi r 2 nbsp which implies F E E 4 p r 2 displaystyle Phi E E4 pi r 2 nbsp By Gauss s law the flux is alsoF E Q A e 0 displaystyle Phi E frac Q A varepsilon 0 nbsp finally equating the expression for FE gives the magnitude of the E field at position r E 4 p r 2 Q A e 0 E Q A 4 p e 0 r 2 displaystyle E4 pi r 2 frac Q A varepsilon 0 quad Rightarrow quad E frac Q A 4 pi varepsilon 0 r 2 nbsp This non trivial result shows that any spherical distribution of charge acts as a point charge when observed from the outside of the charge distribution this is in fact a verification of Coulomb s law And as mentioned any exterior charges do not count 高斯圓柱面 编辑 nbsp 中心具有線電荷 顯示所有三個表面的微分面積dA 的圓柱體形式的封閉表面當找到由以下任何一種產生的電場或通量時 可使用高斯圓柱面 3 一條無限長的均勻電荷線 一個無限均勻電荷平面 一個無限長的均勻電荷圓柱體例如 無限線電荷附近的場 如下所示 已隱藏部分未翻譯内容 歡迎參與翻譯 Consider a point P at a distance r from an infinite line charge having charge density charge per unit length l Imagine a closed surface in the form of cylinder whose axis of rotation is the line charge If h is the length of the cylinder then the charge enclosed in the cylinder isq l h displaystyle q lambda h nbsp where q is the charge enclosed in the Gaussian surface There are three surfaces a b and c as shown in the figure The differential vector area is dA on each surface a b and c The flux passing consists of the three contributions F E displaystyle Phi E nbsp displaystyle oiint nbsp nbsp A displaystyle scriptstyle A nbsp E d A a E d A b E d A c E d A displaystyle mathbf E cdot d mathbf A iint a mathbf E cdot d mathbf A iint b mathbf E cdot d mathbf A iint c mathbf E cdot d mathbf A nbsp For surfaces a and b E and dA will be perpendicular For surface c E and dA will be parallel as shown in the figure F E a E d A cos 90 b E d A cos 90 c E d A cos 0 E c d A displaystyle begin aligned Phi E amp iint a EdA cos 90 circ iint b EdA cos 90 circ iint c EdA cos 0 circ amp E iint c dA end aligned nbsp The surface area of the cylinder is c d A 2 p r h displaystyle iint c dA 2 pi rh nbsp which implies F E E 2 p r h displaystyle Phi E E2 pi rh nbsp By Gauss s lawF E q e 0 displaystyle Phi E frac q varepsilon 0 nbsp equating for FE yields E 2 p r h l h e 0 E l 2 p e 0 r displaystyle E2 pi rh frac lambda h varepsilon 0 quad Rightarrow quad E frac lambda 2 pi varepsilon 0 r nbsp 高斯盒 pillbox 编辑 已隱藏部分未翻譯内容 歡迎參與翻譯 This surface is most often used to determine the electric field due to an infinite sheet of charge with uniform charge density or a slab of charge with some finite thickness The pillbox has a cylindrical shape and can be thought of as consisting of three components the disk at one end of the cylinder with area pR2 the disk at the other end with equal area and the side of the cylinder The sum of the electric flux through each component of the surface is proportional to the enclosed charge of the pillbox as dictated by Gauss s Law Because the field close to the sheet can be approximated as constant the pillbox is oriented in a way so that the field lines penetrate the disks at the ends of the field at a perpendicular angle and the side of the cylinder are parallel to the field lines 另見 编辑表面積 微積分 積分 法拉第籠 經典場論 場線參考 编辑 Essential Principles of Physics P M Whelan M J Hodgeson 2nd Edition 1978 John Murray ISBN 0 7195 3382 1 Introduction to electrodynamics 4th Edition D J Griffiths 2012 ISBN 978 0 321 85656 2 3 0 3 1 Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics 6th Edition P A Tipler G Mosca Freeman 2008 ISBN 0 7167 8964 7 Purcell Edward M Electricity and Magnetism McGraw Hill 1985 ISBN 0 07 004908 4 Jackson John D Classical Electrodynamics 3rd ed Wiley 1998 ISBN 0 471 30932 X 進一步閱讀 编辑Electromagnetism 2nd Edition I S Grant W R Phillips Manchester Physics John Wiley amp Sons 2008 ISBN 978 0 471 92712 9外部鏈接 编辑Fields 页面存档备份 存于互联网档案馆 在線教科書 取自 https zh wikipedia org w index php title 高斯面 amp oldid 80075278, 维基百科,wiki,书籍,书籍,图书馆,

文章

,阅读,下载,免费,免费下载,mp3,视频,mp4,3gp, jpg,jpeg,gif,png,图片,音乐,歌曲,电影,书籍,游戏,游戏。