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连续线电荷的电场
22.11
设一根长度为 L 的杆带有均匀的线电荷密度 λ。在其重点垂直距离 d 处的电场是多少?该电场是由于无穷小线元所产生的电场的矢量积分。
将坐标原点选在杆的中点。考虑位于某点的线元所产生的电场 x 沿杆方向,其末端带有镜面元件x。该 x- 其所在领域的组成部分 P 恰好相互抵消。由于每一对电荷都满足此条件,因此合场强垂直于杆。
每对垂直分量相互加强。由于它们大小相同,合成电场是半根杆积分结果的两倍,该结果取决于杆的总电荷 q、L 和 d。
在较远距离处,该表达式简化为点电荷的场,表明线元过小,其电荷分布的影响可忽略不计。
在短距离下,该表达式简化为与距离成反比的形式。
在物理学中,系统中的对称性意味着所考虑的系统中的某些东西由于其所经历的特定操作而保持不变。 例如,考虑一个水平正方形。 如果正方形的左右边互换,那么它看起来是一样的。 因此,它在左右互换下是对称的。
在电场计算中,对称性非常有用。 例如,在计算连续电荷分布的电场时。
例如具有均匀线电荷密度的线单元。…