电场 · 几何 · 推导

电通量:为什么要乘cosθ

旋转一个面,看有效投影与正负号;再把面闭合成盒子,区分净通量与局部场强。

E = 100 N/C →nθ = 0°

法线是垂直于面的方向。图中的蓝线是面从侧面看去的样子;金箭头是选定的正法线。

有向电通量 Φ2 N·m²/C
电场大小 E100 N/C

蓝线为平面的侧视图,出屏幕方向的边长也随√S改变;紫线表示投影的侧视长度。场箭头示方向,强度由读数给出。

播放只推进讲解步骤,不代表真实时间演化。

正负号来自法线方向

dS=n^dSd\mathbf S=\hat{\mathbf n}\,dS

E=100 N/C,S=0.02 m²,cosθ=1。三者相乘得到2 N·m²/C。

带着预测操作

1. 把法线从0°转到60°,通量减少多少?

默认参数给出2 N·m²/C;转到60°后变为1,因为投影减半。S和E都没有变。

2. 面没有变小,通量怎么会是负数?

把θ转到180°。场仍水平向右,法线却向左,通量为−2。负号表示穿过方向,并不表示负面积。

3. 高斯定理能否直接推出E=0?

进入封闭盒子步骤,把E从100调到200。左右面通量都加倍并继续相消,净通量始终为0,但E不为0。

真空静电模型,SI单位。蓝色表示电荷分布,金色表示观察位置或高斯面,绿色表示有符号电场。箭头表示方向,精确大小请看读数。