ガウスの法則電気

任意の閉曲面を貫く電気力線の本数NNは,閉曲面内部の電荷の和Q [C]Q \ [\mathrm{C}]として,次式のように表される

N=4πkQN = 4 \pi k Q

(但しkkクーロンの法則の比例定数

証明

Q [C]Q \ [\mathrm{C}] の正電荷を中心とする,半径 r [m]r \ [\mathrm{m}] の球面 SS 上では,電場の向きは球面SSに垂直で,その強さは,点電荷が作る電場より

E=kQr2 [N/C]E = k \frac{Q}{r^2} \ [\mathrm{N/C}]

表面積が4πr2 m24 \pi r^2 \ \mathrm{m^2}であり,この球面を貫く電気力線は1m21 \mathrm{m^2}あたりEE本であるから,球面SSを貫く電気力線の総数NNについては

N=E×4πr2=4πkQN = E \times 4 \pi r^2 = 4 \pi k Q