Gaussov izrek in načelo superpozicije

Gaussov izrek in načelo superpozicije
Gaussov izrek in načelo superpozicije
Anonim

Gaussov izrek je eden od temeljnih zakonov elektrodinamike, strukturno vključen v sistem enačb drugega velikega znanstvenika - Maxwella. Izraža razmerje med tokovi intenzivnosti tako elektrostatičnih kot elektrodinamičnih polj, ki potekajo skozi zaprto površino. Ime Karla Gaussa v znanstvenem svetu ne zveni nič manj glasno kot na primer Archimedes, Newton ali Lomonosov. V fiziki, astronomiji in matematiki ni veliko področij, ki jih ta sijajni nemški znanstvenik ni neposredno prispeval k razvoju.

Gaussov izrek
Gaussov izrek

Gaussov izrek je imel ključno vlogo pri preučevanju in razumevanju narave elektromagnetizma. Na splošno je postal nekakšna posplošitev in do neke mere interpretacija dobro znanega Coulombovega zakona. To je ravno tako, v znanosti ni tako redek primer, ko je mogoče iste pojave opisati in formulirati na različne načine. Toda Gaussov izrek ni le pridobljenpomen in praktična uporaba, je pomagalo pogledati na znane zakone narave z nekoliko drugačne perspektive.

Na nek način je prispevala k velikemu preboju v znanosti, ki je postavila temelje sodobnemu znanju na področju elektromagnetizma. Kaj je torej Gaussov izrek in kakšna je njegova praktična uporaba? Če vzamemo par statičnih točkovnih nabojev, se bo delec, ki ga prinesemo, pritegnil ali odbil s silo, ki je enaka algebraični vsoti vrednosti vseh elementov sistema. V tem primeru bo intenzivnost splošnega agregatnega polja, ki nastane kot posledica takšne interakcije, vsota njegovih posameznih komponent. Ta relacija je postala splošno znana kot princip superpozicije, ki omogoča natančno opis katerega koli sistema, ki ga ustvarijo večvektorski naboji, ne glede na njihovo skupno število.

Gaussov izrek za magnetno polje
Gaussov izrek za magnetno polje

Ko pa je takšnih delcev veliko, so znanstveniki sprva naleteli na določene težave pri izračunih, ki jih ni bilo mogoče rešiti z uporabo Coulombovega zakona. Pri premagovanju jih je pomagal Gaussov izrek za magnetno polje, ki pa velja za vse sisteme sil nabojev, ki imajo padajočo intenzivnost, sorazmerno z r −2. Njegovo bistvo se spušča v dejstvo, da bo imelo poljubno število nabojev, obdanih z zaprto površino, skupno intenzivnost pretoka, ki je enak skupni vrednosti električnega potenciala vsake točke dane ravnine. Hkrati se načela interakcije med elementi ne upoštevajo, kar močno poenostaviizračuni. Tako ta izrek omogoča izračun polja tudi z neskončnim številom električnih nosilcev naboja.

Gaussov izrek za dielektrike
Gaussov izrek za dielektrike

Res je to izvedljivo le v nekaterih primerih njihove simetrične razporeditve, ko obstaja priročna površina, skozi katero je mogoče enostavno izračunati moč in intenzivnost toka. Na primer, preskusni naboj, nameščen znotraj prevodnega telesa sferične oblike, ne bo doživel najmanjšega učinka sile, saj je indeks jakosti polja enak nič. Sposobnost prevodnikov, da iztisnejo različna električna polja, je posledica izključno prisotnosti nosilcev naboja v njih. V kovinah to funkcijo opravljajo elektroni. Takšne lastnosti se danes pogosto uporabljajo v tehnologiji za ustvarjanje različnih prostorskih območij, v katerih električna polja ne delujejo. Te pojave odlično razloži Gaussov izrek za dielektrike, katerega vpliv na sisteme elementarnih delcev je zmanjšan na polarizacijo njihovih nabojev.

Za ustvarjanje takšnih učinkov je dovolj, da določeno območje napetosti obkrožite s kovinsko zaščitno mrežo. Tako so občutljive visoko natančne naprave in ljudje zaščiteni pred izpostavljenostjo električnim poljem.

Priporočena: