נתונה ספירה מוליכה ברדיוס R, הטעונה במטען Q. נחשב את השדה והפוטנציאל בכל אזורי המרחב - בתוך הספירה ומחוצה לה.
המטענים בספירה מוליכה חופשיים לנוע ודוחים זה את זה, ולכן הם מתרחקים זה מזה ככל האפשר - כל המטען מתפזר על פני הספירה, בצורה אחידה. בתוך הספירה אין מטען כלל.
בנוסף, במצב שיווי משקל השדה בתוך מוליך הוא אפס: אילו היה שם שדה, הוא היה מפעיל כוח על המטענים החופשיים והם היו ממשיכים לזוז - כלומר עוד לא הגענו לשיווי משקל.
מחוץ לספירה, בזכות הסימטריה הכדורית, הספירה מתנהגת כאילו כל המטען מרוכז במרכזה (חוק גאוס עם מעטפת כדורית ברדיוס r מכילה את כל המטען Q):
$$ E(r) = \frac{kQ}{r^2} \quad , \quad r \gt R $$
מעטפת גאוס ברדיוס \(r\lt R\) אינה מכילה מטען כלל (כל המטען על פני הספירה), ולכן:
$$ E(r) = 0 \quad , \quad r \lt R $$
על פני הספירה עצמה השדה קופץ מאפס לערך המקסימלי:
$$ E(R) = \frac{kQ}{R^2} $$
מכיוון שמחוץ לספירה השדה זהה לשדה של מטען נקודתי, גם הפוטנציאל זהה (בהגדרת פוטנציאל אפס באינסוף):
$$ \varphi(r) = \frac{kQ}{r} \quad , \quad r \gt R $$
בתוך הספירה השדה אפס, ולכן אין שינוי בפוטנציאל כשנעים בתוכה - הפוטנציאל קבוע, ושווה לפוטנציאל על פני הספירה (הפוטנציאל רציף):
$$ \varphi(r) = \frac{kQ}{R} \quad , \quad r \le R $$
כל הספירה המוליכה - פניה ופנימה - נמצאת באותו פוטנציאל.
דוגמה: במרחק \(r=2R\) מהמרכז השדה הוא רבע מהשדה על פני הספירה, \(E=\frac{1}{4}\cdot\frac{kQ}{R^2}\), והפוטנציאל הוא חצי מהפוטנציאל של הספירה, \(\varphi=\frac{1}{2}\cdot\frac{kQ}{R}\).
בתוך הכדור (האזור הצבוע) השדה אפס והפוטנציאל קבוע. על פני הכדור השדה "קופץ" מאפס לערך המקסימלי שלו, אבל הפוטנציאל רציף. מחוץ לכדור השדה יורד כמו 1/r² (במרחק 2R הוא רבע) והפוטנציאל יורד כמו 1/r (במרחק 2R הוא חצי).
שימו לב: