22.12
Stellen Sie sich eine gleichmäßig geladene dünne Scheibe mit dem Radius R vor. Das elektrische Feld an einem Punkt oberhalb seines Zentrums in senkrechtem Abstand d ist durch das Oberflächenintegral über der Scheibe gegeben.
Wählen Sie einen Ladungsring im Radius r, mit der Breite dr. Seine Fläche ergibt sich aus seinem Umfang und seiner Breite.
Das elektrische Feld, das von einem kleinen Ladungselement auf dem Ring erzeugt wird, mache einen Winkel θ mit der z-Achse. Lösen Sie dies in zwei Komponenten auf: parallel und senkrecht zur Z-Achse.
Es gibt ein Ladungselement, dessen senkrechte Komponente des elektrischen Feldes gleich und entgegengesetzt ist. Die senkrechten Komponenten heben sich also auf. Die Symmetrie der Scheibe entlang ihrer Ebene impliziert, dass sie für jedes solche Paar gleich ist.
Da sich die Z-Komponenten verstärken, zeigt das elektrische Feld von der Scheibe weg. Durch die Integration über r wird das resultierende Feld erhalten.
Bei großen Entfernungen reduziert sich der Ausdruck auf den Wert einer Punktladung, die der Gesamtladung der Scheibe entspricht.
Auf der anderen Seite sieht die Scheibe in kleinen Entfernungen aus wie eine unendliche Ebene, deren elektrisches Feld konstant ist.
Der einfachste Fall einer Flächenladungsverteilung ist die gleichmäßig geladene Scheibe. Das Berechnen ihres elektrischen Feldes hilft uns auch dabei,…
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