Поток вектора Е поля системы зарядов, находящихся внутри замкнутой поверхности

Т.к. (9.3.6) , то по (9.4.1.3) и (9.4.2.3) Для произвольного числа зарядов N: - алгебраическая сумма зарядов, находящихся внутри замкнутой поверхности, делённая на ε0.

Поток вектора Е для поля, созданного зарядами, находящимися вне замкнутой поверхности

Силовая линия дважды проходит через замкнутую поверхность, один раз она учитывается со знаком "+", другой раз - со знаком "-". В результате поток в этом случае Ф = 0.

Формулировка теоремы Гаусса

Из (9.4.2.4) и (9.4.2.5) следует, что поток вектора напряженности электрического поля через ЛЮБУЮ замкнутую поверхность равен алгебраической сумме зарядов, находящихся внутри этой поверхности, деленной на ε0:

Из (9.4.1.3) , тогда теорема Гаусса запишется так:

9.4.4. Применение теоремы Гаусса для вычисления полей.
Теорема Гаусса:

S - любая замкнутая поверхность,
- сумма зарядов внутри S.
Применяя теорему Гаусса, мы должны:

а) САМИ выбрать конкретную гауссову поверхность S, такую, чтобы интеграл по этой поверхности легко считался. Затем найти ;

б) посчитать сумму зарядов внутри выбранной нами S;

в) приравнять результат полученный в пункте а), к результату, полученному в пункте б), деленному на ε₀.

Поле равномерно заряженной бесконечной плоскости

а) выбор гауссовой поверхности:
куда может быть направлено - только по нормали к плоскости! Значит, S надо выбрать так, чтобы вектор был либо параллелен ей (Е_n=0), либо перпендикулярен (Е_n=E).
Этим условиям удовлетворяет, например, "гауссов ящик", изображенный на рисунке.

б) считаем Σq_i внутри "гауссова ящика": очевидно,

;

в) приравниваем результат, полученный в пункте а), к результату пункта б), деленному на ε₀:

.

Выражаем E:

.

Поле равномерно заряженной бесконечной плоскости однородно.

Поле плоского конденсатора

По 9.3.6. .
Т.к. , то по 9.4.4.1 .

Поле однородно заряженного бесконечного цилиндра

- линейная плотность заряда.
Применяя теорему Гаусса, получим:

, при r > R.

Поле однородно заряженной сферы

Применяя теорему Гаусса (9.4.4.) , получим: при r > R. Если r < R, то E = 0.

Поле объемного заряженного шара

- объемная плотность заряда
q- суммарный заряд шара

Применяя теорему Гаусса (9.4.4.), получим:

Работа электростатического поля

из (9.3.5).

Из (5.3.2), (5.3.3):

.

Работа электрического поля точечного заряда

Пусть Е создается точечным зарядом q, тогда из (9.3.7)

;

,

из (5.3.3):

.

Потенциал - энергетическая характеристика поля

Потенциал электростатического поля в точке r равен отношению потенциальной
энергии пробного точечного заряда q', помещенного в данную точку, к величине этого заряда q'.

,

φ - не зависит от q'!

Единица потенциала - 1 вольт (1 В)

.

Разность потенциалов, связь с работой

Из (5.7): . Из (9.6): ; ;

φ₁ - φ₂ - разность потенциалов, .