Avant tout calcul, chercher les invariances de la distribution : elles seules disent s'il existe une surface où E est constant.
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Si Symétrie SPHÉRIQUE, charge ponctuelle, boule, coquille → Sphère de rayon r concentrique. E(4πr2)=ε0Qint. Traiter séparément r<R et r>R, puis VÉRIFIER que les deux expressions coïncident en r=R.
Exemple : Boule de 45,0 nC et 10,0 cm : 1,62×104 V/m à 4,00 cm, 4,04×104 V/m à la surface.
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Si Symétrie CYLINDRIQUE infinie, fil, câble, cylindre chargé → Cylindre coaxial de rayon r et de longueur L. Les deux disques ne contribuent pas, le champ y étant parallèle à leur surface, et L se simplifie.
Exemple : Coaxial de densité 3,20 nC/m : E=1,92×104 V/m à 3,00 mm, et 50,6 pF/m.
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Si Symétrie PLANE infinie, nappe ou plaque → Boîte cylindrique traversant le plan. E=2ε0σ pour une nappe isolante, E=ε0σ à la surface d'un conducteur.
Exemple : Deux plans de signes opposés : ε0σ entre eux, zéro à l'extérieur.
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Si Densité NON uniforme mais symétrie conservée → Le théorème s'applique encore, mais il faut INTÉGRER la densité pour obtenir Qint(r) avant de l'employer. Aucune formule mémorisée ne convient.
Exemple : ρ∝r : Qint∝r4 et E∝r2, au lieu de r3 et r.
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Si AUCUNE symétrie, cavité décentrée, objet fini → Superposition : écrire l'objet comme une somme de morceaux symétriques, éventuellement fictifs et de densité négative. Le théorème sert alors sur chaque morceau, pas sur l'ensemble.
Exemple : Cavité décentrée de 7,00 cm dans ρ=6,00 μC/m3 : champ uniforme de 1,58×104 V/m.
Un CONDUCTEUR simplifie tout : le champ y est nul, donc une surface de Gauss tracée dans le métal enferme toujours une charge nulle. C'est ce raisonnement en deux temps, Gauss dans le métal puis conservation de la charge totale, qui donne les charges des deux surfaces d'une coquille.