ກົດເກນຂອງ Gauss

ໃນເອກະສານກ່ຽວກັບ ກົດໝາຍຂອງ Coulomb, ກຳລັງລະຫວ່າງປະຈຸໄຟຟ້າໄດ້ຖືກສຶກສາ. ໃນການທົບທວນສະ ໜາມໄຟຟ້າ, ຮູບແບບອື່ນຂອງກົດໝາຍຂອງ Coulomb ໄດ້ຖືກສົນທະນາ, ເຊິ່ງສະແດງອອກຜ່ານສົມຜົນ F = q E, ບ່ອນທີ່ F ແມ່ນແຮງໄຟຟ້າ, q ແມ່ນປະຈຸໄຟຟ້າ, ແລະ E ແມ່ນສະໜາມໄຟຟ້າ. ສາມາດເວົ້າໄດ້ວ່າກົດໝາຍຂອງ Coulomb ແມ່ນກົດໝາຍຂອງຟີຊິກທີ່ອະທິບາຍຄວາມສຳພັນລະຫວ່າງປະຈຸໄຟຟ້າ (q) ແລະສະໜາມໄຟຟ້າ (E).

ກົດໝາຍຂອງ Gauss ແມ່ນກົດໝາຍອີກອັນໜຶ່ງຂອງຟີຊິກທີ່ອະທິບາຍຄວາມສຳພັນລະຫວ່າງປະຈຸໄຟຟ້າ ແລະ ສະໜາມໄຟຟ້າ. ກົດໝາຍຂອງ Gauss ຖືກສ້າງຂຶ້ນໂດຍ Carl Friedrich Gauss (1777–1855), ນັກຟີຊິກທິດສະດີ ແລະ ນັກຄະນິດສາດເຢຍລະມັນ. ສະໜາມໄຟຟ້າທີ່ເກີດຈາກປະຈຸໄຟຟ້າໜຶ່ງ ຫຼື ຫຼາຍປະຈຸໄຟຟ້າສາມາດຄິດໄລ່ໄດ້ງ່າຍໂດຍໃຊ້ກົດໝາຍຂອງ Coulomb, ແຕ່ການຄິດໄລ່ຈະສັບສົນຫຼາຍຂຶ້ນຖ້າສະໜາມໄຟຟ້າທີ່ຜະລິດໂດຍການແຈກຢາຍຂອງປະຈຸໄຟຟ້າຖືກກຳນົດ. ກົດໝາຍຂອງ Gauss ໃຫ້ວິທີທີ່ງ່າຍກວ່າໃນການກຳນົດສະໜາມໄຟຟ້າທີ່ຜະລິດໂດຍການແຈກຢາຍຂອງປະຈຸໄຟຟ້າ. ຍິ່ງໄປກວ່ານັ້ນ, ຖ້າຮູ້ສະໜາມໄຟຟ້າ, ກົດໝາຍຂອງ Gauss ສາມາດນຳໃຊ້ເພື່ອກຳນົດການແຈກຢາຍຂອງປະຈຸໄຟຟ້າທີ່ຜະລິດສະໜາມໄຟຟ້າ. ຕໍ່ໄປນີ້ແມ່ນປຶກສາຫາລືກ່ຽວກັບແນວຄວາມຄິດ ແລະ ສູດ ສຳລັບກົດໝາຍຂອງ Gauss.

ກົດເກນຂອງ Gauss 1ພິຈາລະນາປະຈຸໄຟຟ້າບວກຢູ່ໃຈກາງຂອງລູກບານດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບພາບຂ້າງຄຽງ. ຖ້າລັດສະໝີຂອງລູກບານແມ່ນ R ແລ້ວຄວາມແຮງຂອງສະໜາມໄຟຟ້າທີ່ຜະລິດໂດຍປະຈຸໄຟຟ້າທົ່ວໜ້າຂອງລູກບານແມ່ນ E = k Q / R2 ແລະ ພື້ນທີ່ຜິວຂອງຮູບຊົງກົມແມ່ນ A = 4 π R2ເພື່ອໃຫ້ເຫັນພາບສະໜາມໄຟຟ້າ, ເສັ້ນສະໜາມໄຟຟ້າຈະຖືກແຕ້ມ, ແຕ່ຮູບສະແດງພຽງແຕ່ສີ່ເສັ້ນເທົ່ານັ້ນ. ເນື່ອງຈາກປະຈຸໄຟຟ້າເປັນບວກ, ເສັ້ນສະໜາມໄຟຟ້າຈະຖືກແຕ້ມອອກມາຈາກຈຸດໃຈກາງຂອງຊົງກົມບ່ອນທີ່ປະຈຸໄຟຟ້າຕັ້ງຢູ່, ແລະເສັ້ນສະໜາມໄຟຟ້າແຕ່ລະເສັ້ນຈະຕັ້ງສາກກັບໜ້າຜິວຂອງຊົງກົມທີ່ມັນຜ່ານ. ຍິ່ງຫ່າງຈາກປະຈຸໄຟຟ້າຫຼາຍເທົ່າໃດ, ສະໜາມໄຟຟ້າກໍ່ຈະນ້ອຍລົງເທົ່ານັ້ນ, ດັ່ງນັ້ນໄລຍະຫ່າງລະຫວ່າງເສັ້ນສະໜາມໄຟຟ້າຈຶ່ງເພີ່ມຂຶ້ນ.

ກະແສໄຟຟ້າທີ່ເຈາະຜ່ານໜ້າດິນຂອງວົງມົນຖືກຄິດໄລ່ໂດຍໃຊ້ສູດຕໍ່ໄປນີ້:

ກົດເກນຂອງ Gauss 2

ລາຍລະອຽດ: Φ = ຟລັກໄຟຟ້າ, Q = ປະຈຸໄຟຟ້າ, k = 9 x 10 9 N m 2 /C 2 , ε o (ຄວາມອະນຸຍາດຂອງພື້ນທີ່ຫວ່າງ) = 8,85 x 10 -12 C 2 /N m 2 , π = 3,14. ໂດຍອີງໃສ່ສົມຜົນນີ້, ສະຫຼຸບໄດ້ວ່າຟລັກໄຟຟ້າ ( Φ ) ທີ່ຜ່ານໜ້າດິນຮູບຊົງກົມແມ່ນມີສັດສ່ວນກັບປະລິມານຂອງປະຈຸໄຟຟ້າ (Q) ໃນມັນ ແລະ ບໍ່ໄດ້ຂຶ້ນກັບລັດສະໝີຂອງຮູບຊົງກົມ (R).

ກົດເກນຂອງ Gauss 3ຮູບທາງຂວາສະແດງໃຫ້ເຫັນພື້ນຜິວປິດສີ່ດ້ານທີ່ມີປະຈຸໄຟຟ້າ Q. ພື້ນຜິວທຳອິດເປັນຮູບຊົງກົມ ໃນຂະນະທີ່ພື້ນຜິວອື່ນໆມີຮູບຮ່າງບໍ່ສະໝໍ່າສະເໝີ. ປະຈຸໄຟຟ້າເປັນບວກ ດັ່ງນັ້ນເສັ້ນສະໜາມໄຟຟ້າທີ່ສະແດງໂດຍລູກສອນສີ່ເສັ້ນຈຶ່ງຖືກແຕ້ມອອກມາຈາກປະຈຸ. ເສັ້ນສະໜາມໄຟຟ້າທັງສີ່ເສັ້ນຜ່ານພື້ນຜິວຮູບຊົງກົມ ແລະ ພື້ນຜິວອີກດ້ານໜຶ່ງທີ່ມີຮູບຮ່າງບໍ່ສະໝໍ່າສະເໝີ. ໃນການທົບທວນກ່ຽວກັບ ກະແສໄຟຟ້າ ມັນໄດ້ຖືກລະບຸໄວ້ວ່າ ຟລັກໄຟຟ້າແມ່ນເສັ້ນສະໜາມໄຟຟ້າທີ່ເຈາະຜ່ານພື້ນທີ່ໜ້າດິນສະເພາະ.. ເສັ້ນສະໜາມໄຟຟ້າທີ່ເຈາະຜ່ານໜ້າດິນທັງສີ່ແມ່ນຄືກັນ ດັ່ງນັ້ນຟລັກໄຟຟ້າໃນທຸກສີ່ໜ້າດິນຈຶ່ງມີຄ່າດຽວກັນ. ຟລັກໄຟຟ້າທີ່ເຈາະຜ່ານໜ້າດິນຮູບຊົງກົມແມ່ນເທົ່າກັບ Φ = Q/εo , ດັ່ງນັ້ນກະແສໄຟຟ້າທີ່ເຈາະຜ່ານພື້ນຜິວອື່ນໆທີ່ມີຮູບຮ່າງບໍ່ສະໝໍ່າສະເໝີກໍ່ມີຄ່າດຽວກັນ, ຄື Φ = Q/εoອີງຕາມຄຳອະທິບາຍນີ້, ສາມາດສະຫຼຸບໄດ້ວ່າກະແສໄຟຟ້າທີ່ເຈາະຜ່ານພື້ນຜິວປິດທີ່ມີປະຈຸໄຟຟ້າບໍ່ໄດ້ຂຶ້ນກັບຮູບຮ່າງຂອງພື້ນຜິວ ແລະ ຂະໜາດຂອງມັນແມ່ນ Φ = 4 π k Q = Q/εo.

ກົດເກນຂອງ Gauss 4ຮູບທາງຂວາສະແດງໃຫ້ເຫັນສອງປະຈຸໄຟຟ້າພາຍໃນພື້ນຜິວປິດ. ປະຈຸ Q1 ແລະ ຖ.2 ບວກ ດັ່ງນັ້ນ ຖ້າມັນຖືກພັນລະນາ, ແຕ່ລະປະຈຸໄຟຟ້າຈະມີເສັ້ນສະໜາມໄຟຟ້າທີ່ເຈາະອອກມາຈາກພາຍໃນພື້ນຜິວ. ກະແສໄຟຟ້າທັງໝົດແມ່ນຈຳນວນເສັ້ນສະໜາມໄຟຟ້າທັງໝົດທີ່ເຈາະອອກມາຈາກພື້ນຜິວປິດ. ເນື່ອງຈາກວ່າເສັ້ນສະໜາມໄຟຟ້າຂອງປະຈຸໄຟຟ້າ Q1 ເທົ່າກັບກະແສໄຟຟ້າຂອງ Φ = Q1/εo ແລະສາຍສະໜາມໄຟຟ້າທີ່ມີປະຈຸໄຟຟ້າ Q2 ເທົ່າກັບກະແສໄຟຟ້າຂອງ Φ = Q2/εo ຫຼັງຈາກນັ້ນຈຳນວນທັງໝົດຂອງສາຍສະໜາມໄຟຟ້າຈະເທົ່າກັບ Q1/εo + ຖາມ2/εo = 1/εo (Q1 + ຖາມ2).

ອີງຕາມຄຳອະທິບາຍນີ້, ສາມາດສະຫຼຸບໄດ້ວ່າກະແສໄຟຟ້າທັງໝົດແມ່ນ 1/ε 0 ເທົ່າຂອງປະຈຸໄຟຟ້າທັງໝົດໃນໜ້າດິນປິດ. ຄຳຖະແຫຼງນີ້ແມ່ນກົດຂອງ Gauss. ທາງຄະນິດສາດ:

Φ ທັງໝົດ = 1/ε o (Q ທັງໝົດ ) ———- ສົມຜົນກົດໝາຍຂອງ Gauss

ຜົນລວມ Q ແມ່ນປະລິມານທັງໝົດຂອງປະຈຸໄຟຟ້າພາຍໃນພື້ນຜິວປິດ. ຖ້າມີປະຈຸໄຟຟ້າຢູ່ນອກພື້ນຜິວປິດ, ປະຈຸໄຟຟ້າຈະບໍ່ຖືກນຳມາພິຈາລະນາເພາະວ່າກະແສໄຟຟ້າທີ່ມັນຜະລິດອອກມາເປັນສູນ. ກະແສໄຟຟ້າເປັນສູນເພາະວ່າສາຍສະໜາມໄຟຟ້າທີ່ມາຈາກປະຈຸໄຟຟ້າຈະເຈາະເຂົ້າໄປໃນພື້ນຜິວປິດ ແລະ ຈາກນັ້ນອອກອີກຄັ້ງເພື່ອໃຫ້ກະແສທີ່ໄດ້ຮັບເປັນສູນ. ພື້ນຜິວປິດໃນກົດໝາຍຂອງ Gauss ແມ່ນພື້ນຜິວທີ່ສົມມຸດຂຶ້ນເພື່ອຄິດໄລ່ກະແສໄຟຟ້າທີ່ເກີດຈາກປະຈຸໄຟຟ້າ. ເວົ້າອີກຢ່າງໜຶ່ງ, ປະຈຸໄຟຟ້າບໍ່ຈຳເປັນຕ້ອງຢູ່ພາຍໃນພື້ນຜິວປິດແທ້ໆ. ກົດໝາຍຂອງ Gauss ສາມາດຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອກໍານົດສະໜາມໄຟຟ້າໄດ້ຖ້າຮູ້ການແຈກຢາຍຂອງປະຈຸໄຟຟ້າ ຫຼື ຍັງສາມາດຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອກໍານົດການແຈກຢາຍຂອງປະຈຸໄຟຟ້າຖ້າຮູ້ສະໜາມໄຟຟ້າ. ການນໍາໃຊ້ກົດໝາຍຂອງ Gauss ເພື່ອແກ້ໄຂບັນຫາຕ່າງໆໄດ້ຖືກອະທິບາຍໄວ້ໃນບົດຄວາມທີ່ມີຊື່ວ່າ ການກໍານົດສະໜາມໄຟຟ້າໂດຍໃຊ້ກົດໝາຍຂອງ Gauss.

 

ຂຽນຄຳເຫັນ