22.12
考虑一个半径为 R 的均匀带电薄圆盘。在其中心正上方垂直距离 d 处某点的电场,可通过对该圆盘的面积分求得。
选择一个半径为 r、宽度为 dr 的电荷环。其面积等于周长与宽度的乘积。
设环上任意微小电荷元产生的电场与某方向成一角度 θ 与 z-轴。将其分解为两个分量:平行于和垂直于 z-轴
存在一个电荷元,其电场的垂直分量大小相等、方向相反,因此垂直分量相互抵消。由于圆盘在其平面内具有对称性,因此对于任意这样的一对电荷元,情况都相同。
由于 z 分量相互增强,电场方向背离圆盘。对 r 进行积分,可得到合场强。
在较远距离处,该表达式简化为等于圆盘总电荷的点电荷的表达式。
另一方面,在较短距离处,圆盘看起来像一个无限大平面,其电场是恒定的。