Problem 2.6 (Textbook p64)



<問題>


<解説>


これは、zの正負に関わらず、|z|>0で成り立つことに注意してください。 この様子をグラフに表すと、 →Mathematica file

となります。zが0に近づくほど電場はσ/2ε0に近づいていきます。
 このこと、もしくは(2.6.2)式でR→∞とすることによって、 無限大の平面が作る電場は距離zによらず σ/2ε0であることがわかります。

 それではz>>Rならどうなるでしょうか?円板の総電荷はσπR2 ですから…

となるはずですが…確認してみてください。


Q1: ところで、z=0のときはどうなるのでしょう?
 (求められた式でz→+0とz→−0が異なる結果になり、
  不定になってしまいます!)

 z=0のときは円板の中心での対称性から、E=0です。
そもそも円板に垂直な方向の電場成分はないのですから、(2.6.1)式の ように考える点に問題があります。

(z=0では上図のようなdEは考えられない)


Q2: Problem 2.5 (Textbook p64) を解いて、 Circular Loopによる電場を求めると、上で解いたCircular Disk の時と異なり、原点(z=0)での不連続性がなくなりました。
なぜ0からRまで積分したCircular Diskでは不連続となるのでしょうか? 物理的にはどういうことなのでしょうか?…考えてみてください。


グラフを見ると、(オレンジがCircular Loop、 黒がCircular Diskです。)

のようになっていて、Representive Vectorsで表わせば、

のようになっています。(注:上のグラフと同じスケールではありません。)