電磁學

高斯定律(Gauss's law)

高斯定律是電場的「記帳法」:它說穿過任一封閉曲面向外迸出的電力線總數,恰好告訴你裡面被困住了多少電荷。把這個曲面想像成撒向一片空間的漁網;數一數穿過網的電力線,就等於數清網中捕獲的電荷量——完全不必知道電荷在裡面如何排列。若內部正負電荷相等,向外離開的線會被重新進入的線抵消,淨通量為零。

這個看似簡單的陳述是馬克士威四方程式之一,也是在有對稱性時快速求場的得力工具。想求帶電球體或無限大帶電平板周圍的電場嗎?畫一個符合對稱性的高斯曲面,定律一行就把答案交給你,省去殘酷的積分。它也解釋了為何中空導體內部的電場恰為零——內部沒有被包圍的電荷,就沒有淨通量,也就沒有場——這正是「法拉第籠」屏蔽效應的物理原理,讓你的汽車在雷雨中安然無恙。

∮ E · dA = Q_enclosed / ε₀

磁學也有一條高斯定律,且更為簡潔:穿過任一封閉曲面的淨磁通量永遠為零——這是「孤立磁單極不存在」的一行證明。

又称
Gauss's law for electricity電通量定律