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