የጋውስ ህግ

ስለ ጋውስ ህግ የተጻፈ ጽሑፍ

የኩሎምብን ሕግ በተመለከተ ፣ በኤሌክትሪክ ክፍያዎች መካከል ያለው ኃይል ጥናት ተደርጎበታል። በኤሌክትሪክ መስክ ግምገማ ላይ፣ የኩሎምብን ሕግ ሌላ ዓይነት ተብራርቷል፣ ይህም በእኩልታ F = q E፣ ይገለጻል።

F የኤሌክትሪክ ኃይል ሲሆን፣ q የኤሌክትሪክ ክፍያ ሲሆን E ደግሞ የኤሌክትሪክ መስክ ነው። የኩሎምብ ሕግ በኤሌክትሪክ ክፍያ (q) እና በኤሌክትሪክ መስክ (E) መካከል ያለውን ግንኙነት የሚያብራራ የፊዚክስ ሕግ ነው ሊባል ይችላል።

የጋውስ ሕግ በኤሌክትሪክ ክፍያዎች እና በኤሌክትሪክ መስኮች መካከል ያለውን ግንኙነት የሚያብራራ ሌላ የፊዚክስ ሕግ ነው። የጋውስ ሕግ የተቀረፀው በጀርመን ቲዎሬቲካል ፊዚክስ እና የሂሳብ ሊቅ ካርል ፍሬድሪክ ጋውስ (1777-1855) ነው።

በአንድ ወይም በብዙ የኤሌክትሪክ ክፍያዎች የሚፈጠረው የኤሌክትሪክ መስክ የኩሎምብን ሕግ በመጠቀም በቀላሉ ሊሰላ ይችላል፣ ነገር ግን የሚወሰነው በኤሌክትሪክ ክፍያ ስርጭት የሚመረተው የኤሌክትሪክ መስክ ከሆነ ስሌቱ የበለጠ ውስብስብ ይሆናል። የጋውስ ሕግ በኤሌክትሪክ ክፍያ ስርጭት የሚመረተውን የኤሌክትሪክ መስክ ለመወሰን የበለጠ ተፈጥሯዊ መንገድ ይሰጣል። በተጨማሪም የኤሌክትሪክ መስክ የሚታወቅ ከሆነ የጋውስ ሕግ የኤሌክትሪክ መስክ የሚያመነጩትን የኤሌክትሪክ ክፍያዎች ስርጭት ለመወሰን ጥቅም ላይ ሊውል ይችላል። የሚከተለው የጋውስ ሕግ ጽንሰ-ሀሳብ እና እኩልታ ተገምግሟል።

በጎን በኩል ባለው ምስል ላይ እንደሚታየው በኳሱ መሃል ላይ ያለውን አዎንታዊ የኤሌክትሪክ ቻርጅ ይገምግሙ። የሉሉ ራዲየስ R ከሆነ፣ በሉሉ ላይ ባለው ቻርጅ የሚፈጠረው የኤሌክትሪክ መስክ ጥንካሬ E = k Q/R ነው።² እና የሉሉ ወለል ስፋት A = 4 π r ነው።².

የኤሌክትሪክ መስክን በዓይነ ሕሊናችን ለማየት የኤሌክትሪክ መስክ መስመሮች ተዘርግተዋል፣ ነገር ግን በሥዕሉ ላይ አራት የኤሌክትሪክ መስክ መስመሮች ብቻ ቀርበዋል። የኤሌክትሪክ ክፍያው አዎንታዊ ነው፣ ስለዚህ የኤሌክትሪክ መስክ መስመሮች የኤሌክትሪክ ክፍያው ከሚገኝበት የኳሱ መሃል ይወጣሉ።

እና የኤሌክትሪክ መስክ እያንዳንዱ መስመር በሚያልፈው ኳስ ወለል ላይ ቀጥ ያለ ነው። ከኤሌክትሪክ ክፍያው በራቀ ቁጥር የኤሌክትሪክ መስክ አነስተኛ ስለሚሆን በኤሌክትሪክ መስክ መስመሮች መካከል ያለው ርቀትም እንዲሁ ይርቃል።

ወደ ሉሉ ወለል የሚገቡ የኤሌክትሪክ ፍሰቶች የሚሰሉት በሚከተለው ቀመር በመጠቀም ነው፡

F = የኤሌክትሪክ ፍሰት፣ Q = የኤሌክትሪክ ክፍያ፣ k = 9 x 10 ⁹ N m ² /C ² ፣ ε _o (የቫክዩም ፈቃድ) = 8.85 x 10 ^-12 C ² /N m ² ፣ π = 3.14።

በዚህ እኩልታ ላይ በመመስረት፣ በክብ ወለል ውስጥ የሚያልፈው የኤሌክትሪክ ፍሰት (F) በውስጡ ካለው የኤሌክትሪክ ክፍያ (Q) መጠን ጋር ተመጣጣኝ እና በኳሱ ራዲየስ (R) ላይ የተመሰረተ እንዳልሆነ ደምድሟል።

ከጎን ያለው ምስል የኤሌክትሪክ ቻርጅ Q ያለበትን አራት የተዘጉ ቦታዎችን ያሳያል። የመጀመሪያው ገጽ ክብ ሲሆን ሌላኛው ገጽ ደግሞ መደበኛ ያልሆነ ቅርጽ አለው። የኤሌክትሪክ ቻርጅ ፖዘቲቭ ስለሆነ በአራቱ ቀስቶች የተወከሉት የኤሌክትሪክ ፊልድ መስመሮች ከቻርጅ ይወጣሉ። አራቱ የኤሌክትሪክ ፊልድ መስመሮች በክብ ወለል ውስጥ ያልፋሉ፣ እና መደበኛ ያልሆኑ ቅርጾች ያላቸው ሌሎች ቦታዎች በእነዚህ አራት መስመሮች ውስጥ ያልፋሉ።

የኤሌክትሪክ ፍሰት ግምገማ ላይ የኤሌክትሪክ ፍሰት ማለት በተወሰነ የገጽታ ስፋት ውስጥ ዘልቆ የሚገባ የኤሌክትሪክ መስክ መስመሮች ማለት እንደሆነ ተገልጿል።

በአራቱም ገጽታዎች ላይ የሚዘልቁት የኤሌክትሪክ መስክ መስመሮች ተመሳሳይ ናቸው፣ ስለዚህም በአራቱም ገጽታዎች ላይ ያለው የኤሌክትሪክ ፍሰት ተመሳሳይ መጠን አለው። ወደ ሉላዊው ወለል የሚዘልቀው የኤሌክትሪክ ፍሰት Φ = Q/ε ነው።_o ስለዚህም መደበኛ ያልሆኑ ቅርጾች ያሏቸውን ሌሎች ገጽታዎች የሚዘልቀው የኤሌክትሪክ ፍሰት ተመሳሳይ መጠን እንዲኖረው ያደርጋል፣ ማለትም Φ = Q/ε_o.

በዚህ ማብራሪያ ላይ በመመስረት፣ የኤሌክትሪክ ቻርጅ ባለበት የተዘጋ ወለል ውስጥ ዘልቆ የሚገባው የኤሌክትሪክ ፍሰት በገጽታ ቅርፅ ላይ የተመሰረተ እንዳልሆነ እና መጠኑ Φ = 4 π k Q = Q/ε _o እንደሆነ መደምደም ይቻላል ።

ከጎን ያለው ምስል በተዘጋ ወለል ውስጥ የሚገኙ ሁለት የኤሌክትሪክ ክፍያዎችን ያሳያል።₁ እና ኪው₂ አዎንታዊ ናቸው ስለዚህ እነሱ ከሆኑ የተወሰደው እያንዳንዱ ቻርጅ ከውጪው ውስጥ የሚወጣ የኤሌክትሪክ መስክ መስመር አለው። ጠቅላላ የኤሌክትሪክ ፍሰት ከተዘጋው ወለል የሚወጡ የኤሌክትሪክ መስክ መስመሮች ጠቅላላ ቁጥር ነው። ምክንያቱም የኤሌክትሪክ ኃይል መሙያው መስክ መስመሮች Q₁ ከኤሌክትሪክ ፍሰት ጋር እኩል ናቸው Φ = Q₁/ε_o እና የቻርጅ Q የኤሌክትሪክ መስክ መስመሮች₂

ከኤሌክትሪክ ፍሰት Φ = Q ₂ /ε _o ጋር የሚመሳሰሉ ናቸው ፣ የኤሌክትሪክ መስክ መስመሮች ጠቅላላ ቁጥር ከ Q ₁ /ε _o + Q ₂ /ε _o = 1 / ε _o (Q ₁ + Q ₂ ) ጋር እኩል ነው።

_{በዚህ ማብራሪያ ላይ በመመስረት፣ አጠቃላይ የኤሌክትሪክ ፍሰት በተዘጋው ወለል ላይ ካለው አጠቃላይ የኤሌክትሪክ ክፍያ 1/ε o} እጥፍ ነው ብሎ መደምደም ይቻላል ። ይህ መግለጫ የጋውስ ህግ ነው። በሂሳብ

Φ _ኔት = 1/ε _o (Q _net) ———- የጋውስ ህግ እኩልታ

Q ኔት በተዘጋ ወለል ውስጥ ያለው አጠቃላይ የኤሌክትሪክ ክፍያ መጠን ነው። ከተዘጋው ወለል ውጭ የኤሌክትሪክ ክፍያ ካለ፣ የሚፈጠረው የኤሌክትሪክ ፍሰት ዜሮ ስለሆነ ክፍያው አይሰላም። የኤሌክትሪክ ፍሰቱ ዜሮ የሚሆነው ከቻርጁ የሚመጡት የኤሌክትሪክ መስክ መስመሮች ወደተዘጋው ወለል ዘልቀው በመግባት እንደገና ስለሚወጡ ነው።

የጋውስ ህግ የተዘጋው ገጽ በኤሌክትሪክ ክፍያ ምክንያት የሚፈጠረውን የኤሌክትሪክ ፍሰት ለማስላት የቀረበው ምናባዊ ወለል ነው።

የጋውስ ህግ የኤሌክትሪክ ክፍያ ስርጭት የሚታወቅ ከሆነ የኤሌክትሪክ መስክን ለመወሰን ጥቅም ላይ ሊውል ይችላል፣ ወይም የኤሌክትሪክ መስክ የሚታወቅ ከሆነ የኤሌክትሪክ ክፍያዎች ስርጭትን ለመወሰን ሊያገለግል ይችላል። የተለያዩ ጥያቄዎችን ለመፍታት የጋውስ ህግ አጠቃቀም ስለ ጋውስ ህግ አተገባበር በሚገልጸው ጽሑፍ ውስጥ ተብራርቷል።