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高斯定理
鎖定
高斯定理定理內容
或記作:
高斯定理物理應用
高斯定理矢量分析
這式子與座標系的選取無關。
式中
稱向量場
的散度(divergence)。
高斯定理靜電學
(當所涉體積內電荷連續分佈時,上式右端的求和應變為積分。)
它表示,電場強度對任意封閉曲面的通量只取決於該封閉曲面內電荷的代數和,與曲面內電荷的位置分佈情況無關,與封閉曲面外的電荷亦無關。在真空的情況下,Σq是包圍在封閉曲面內的自由電荷的代數和。當存在介質時,Σq應理解為包圍在封閉曲面內的自由電荷和極化電荷的總和。
高斯定理是從庫侖定律直接導出的,它完全依賴於電荷間作用力的平方反比律。把高斯定理應用於處在靜電平衡條件下的金屬導體,就得到導體內部無淨電荷的結論,因而測定導體內部是否有淨電荷是檢驗庫侖定律的重要方法。
式中
為曲面內自由電荷總量。
它説明電位移對任意封閉曲面的通量只取決於曲面內自由電荷的代數和
,與自由電荷的分佈情況無關,與極化電荷亦無關。電位移對任一面積的能量為電通量,因而電位移亦稱電通密度。對於各向同性的線性的電介質,如果整個封閉曲面S在一均勻的相對介電常數為
的線性介質中,則電位移與電場強度成正比,
,式中
稱為介質的相對介電常數,這是一個無量綱的量。
更常遇到的是逆反問題。給定區域中電荷分佈,所求量為在某位置的電場。這問題比較難解析。雖然知道穿過某一個閉合曲面的電通量,但這信息還不足以確定曲面上各點處的電場分佈,在閉合曲面任意位置的電場可能會很複雜。僅有在體系具有較強對稱性的情況下,如均勻帶電球的電場、無限大均勻帶電面的電場以及無限長均勻帶電圓柱的電場,使用高斯定理才會比使用疊加原理更簡便
[4]
。
高斯定理磁場
由於磁力線總是閉合曲線,因此任何一條進入一個閉合曲面的磁力線必定會從曲面內部出來,否則這條磁力線就不會閉合起來了。如果對於一個閉合曲面,定義向外為正法線的指向,則進入曲面的磁通量為負,出來的磁通量為正,那麼就可以得到通過一個閉合曲面的總磁通量為0。這個規律類似於電場中的高斯定理,因此也稱為高斯定理。
高斯定理靜電場與磁場
兩者有着本質上的區別。在靜電場中,由於自然界中存在着獨立的電荷,所以電場線有起點和終點,只要閉合面內有淨餘的正(或負)電荷,穿過閉合面的電通量就不等於零,即靜電場是有源場;而在磁場中,由於自然界中沒有磁單極子存在,N極和S極是不能分離的,磁感線都是無頭無尾的閉合線,所以通過任何閉合面的磁通量必等於零。
高斯定理數學中
高斯定理高斯定理2
(代數學基本定理)
定理:凡有理整方程
至少有一個根。
推論:一元n次方程
有且只有n個根(包括虛根和重根)。
高斯定理高斯定理3
(數論)
- 參考資料
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- 1. 韓雲瑞 張廣遠 扈志明.微積分教程(下):清華大學出版社,2007
- 2. P.C.Matthews.Vector Calculus:Springer,2008
- 3. 趙凱華 陳熙謀.新概念物理教程 電磁學:高等教育出版社,2006
- 4. 付靜,姜廣軍.靜電場中高斯定理的證明[J].長春工業大學學報(自然科學版),2013,34(2):127-129. .萬方數據庫.2013-07-10[引用日期2017-08-24]