Электрическое поле бесконечной плиты

При чтении книги по основам электродинамики (в разделе об электростатике) я столкнулся со следующей проблемой:

Бесконечная плоская плита толщиной 2 г , несет равномерную плотность объемного заряда р . Найдите электрическое поле как функцию у , где у "=" 0 в центре.

плита параллельна Икс - г плоскости и, таким образом, перпендикулярно у -ось, заключенная между у "=" г и у "=" г но бесконечно проникая в Икс и г направления.

В книге, которую я читаю, используется закон Гаусса (используется «дот Гаусса», вращающийся вокруг у -axis), но меня немного смутил используемый ими метод, и при решении задачи я подумал так:

Если мы поместим пробный заряд на у -ось в у "=" а , то на заряд действует положительная сила (направленная положительным у направлении) за счет объемного заряда за ним (от у "=" г к у "=" а ) и испытывает отрицательную силу (отталкивается назад) за счет объемного заряда перед собой (от у "=" а к у "=" г ). Таким образом, для | у | < г , электрическое поле будет полным полем, состоящим из множества бесконечно тонких заряженных плоскостей позади пробного заряда, за вычетом поля, состоящего из множества бесконечно тонких заряженных мест перед пробным зарядом, или:

Е ( у ) "=" г у р 2 ϵ 0 г у у г р 2 ϵ 0 г у "=" р ϵ 0 у

Поскольку величина поля бесконечно малой бесконечной плоскости равна о 2 ϵ 0 и в этом случае о "=" р г у .

Это, по сути, ответ, который дает книга. Был ли мой мыслительный процесс неверным? То есть объем заряда действительно может "толкать" как если бы это был точечный заряд? Я не был слишком уверен, верна ли моя логика и могу ли я положиться на эту идею в будущем.

Если моя интуиция неверна, может кто-нибудь объяснить, как можно использовать закон Гаусса в этой задаче?

Ответы (2)

Поскольку в этой задаче вы можете использовать симметрию (инвариантность при переносе вдоль направлений, охваченных плитой), легче вычислить электрическое поле, разумно используя теорему Гаусса. Как говорится в вашей книге, это довольно стандартный метод, который используется, например, для бесконечной плоскости, бесконечных цилиндров (коаксиальных кабелей) и т. д. Идея состоит в том, что вследствие этой трансляционной симметрии электрическое поле при каждая точка имеет составляющую только вдоль направления, перпендикулярного плите. При этом электрическое поле, фигурирующее в законе Гаусса, является полным . Со всеми этими подсказками теперь вы сможете решить свою проблему.

Я понимаю, что может быть проще использовать закон Гаусса, но мне было интересно, возможно ли сделать то, что я думал, что смогу сделать.
В таком случае я бы сказал, что ваш аргумент имеет смысл, поскольку вы просто используете линейность уравнений Максвелла, то есть принцип суперпозиции.

Пример 7 на этом сайте точно такой же, как ваша проблема http://physicspages.com/2011/10/04/gausss-law-examples/

Я хотел бы здесь кое-что прояснить. Величина поля бесконечно малой бесконечной плоскости равна о 2 ϵ 0 . Мы используем о здесь нет р потому что о указывают на плоскую плотность заряда, так как плоскость очень тонкая. Это отличается от того, что в вашей задаче, где плоскость имеет толщину, поэтому ответ, который дал ваша книга, правильный. И объемный заряд не «толкает», как если бы это был точечный заряд, потому что объемный заряд содержит бесконечный точечный заряд.

Я уже знаю, как решить ее с помощью закона Гаусса. У меня есть выписанное из книги решение. Я спрашивал, логичен ли способ, которым я получил ответ, или нет. И как что-то меняет тот факт, что объемный заряд содержит бесконечные точечные заряды? (сфера объемного заряда действует как точечный заряд вне сферы, поэтому применима ли и здесь такая логика?)