Gauss-tétel és szuperpozíciós elv

Gauss-tétel és szuperpozíciós elv
Gauss-tétel és szuperpozíciós elv
Anonim

Gauss tétele az elektrodinamika egyik alaptörvénye, szerkezetileg egy másik nagy tudós, Maxwell egyenletrendszerébe tartozik. A zárt felületen áthaladó elektrosztatikus és elektrodinamikus mezők intenzitású áramlásai közötti összefüggést fejezi ki. Karl Gauss neve nem kevésbé hangzik a tudományos világban, mint például Arkhimédész, Newton vagy Lomonoszov. A fizikában, a csillagászatban és a matematikában nem sok olyan terület van, amelynek fejlődéséhez ez a kiváló német tudós közvetlenül ne járult volna hozzá.

Gauss-tétel
Gauss-tétel

Gauss tétele kulcsszerepet játszott az elektromágnesesség természetének tanulmányozásában és megértésében. Nagyjából a jól ismert Coulomb-törvény egyfajta általánosítása és bizonyos mértékig értelmezése lett. Ez a tudományban nem olyan ritka eset, amikor ugyanazok a jelenségek különböző módon írhatók le és fogalmazhatók meg. De a Gauss-tételt nem csak a megszerzett alkalmaztákjelentését és gyakorlati alkalmazását segítette, hogy a természet ismert törvényeit egy kicsit más szemszögből nézzük.

Bizonyos tekintetben hozzájárult a nagy áttöréshez a tudományban, megalapozva a modern tudást az elektromágnesesség területén. Mi tehát a Gauss-tétel, és mi a gyakorlati alkalmazása? Ha veszünk egy pár statikus ponttöltést, akkor a hozzájuk juttatott részecske olyan erővel vonzza vagy taszítja, amely megegyezik a rendszer összes elemének értékének algebrai összegével. Ebben az esetben az ilyen kölcsönhatás eredményeként kialakuló általános aggregált mező intenzitása az egyes összetevőinek összege lesz. Ez az összefüggés a szuperpozíció elveként vált széles körben ismertté, amely lehetővé teszi bármely többvektoros töltések által létrehozott rendszer pontos leírását, függetlenül azok teljes számától.

Gauss-tétel a mágneses térre
Gauss-tétel a mágneses térre

Amikor azonban sok ilyen részecske van, a tudósok eleinte bizonyos nehézségekbe ütköztek a számítások során, amelyeket a Coulomb-törvény alkalmazásával nem lehetett megoldani. A mágneses térre vonatkozó Gauss-tétel segített ezek leküzdésében, ami azonban minden olyan töltési erőrendszerre érvényes, amelynek az intenzitása r-vel arányosan csökken −2. Lényege abban rejlik, hogy tetszőleges számú zárt felülettel körülvett töltés teljes intenzitású fluxusa lesz, amely megegyezik az adott sík egyes pontjainak elektromos potenciáljának összértékével. Ugyanakkor az elemek közötti interakció elveit nem veszik figyelembe, ami nagyban leegyszerűsítiszámításokat. Így ez a tétel lehetővé teszi a mező kiszámítását még végtelen számú elektromos töltéshordozó mellett is.

Gauss-tétel a dielektrikumokra
Gauss-tétel a dielektrikumokra

Igaz, ez a valóságban csak bizonyos szimmetrikus elrendezésük esetén valósítható meg, ha van egy kényelmes felület, amelyen keresztül könnyen kiszámítható az áramlás erőssége és intenzitása. Például egy gömb alakú vezető test belsejében elhelyezett teszttöltés a legkisebb erőhatást sem fogja érezni, mivel ott a térerősség indexe nulla. A vezetők azon képessége, hogy különböző elektromos mezőket kiszorítsanak, kizárólag a töltéshordozók jelenlétének köszönhető. A fémekben ezt a funkciót az elektronok látják el. Az ilyen jellemzőket ma széles körben alkalmazzák a technológiában, hogy különféle térbeli régiókat hozzanak létre, amelyekben az elektromos mezők nem hatnak. Ezeket a jelenségeket tökéletesen megmagyarázza a dielektrikum Gauss-tétele, amelynek az elemi részecskék rendszerére gyakorolt hatása a töltéseik polarizációjára redukálódik.

E hatások létrehozásához elegendő egy bizonyos feszültségi területet fém árnyékoló hálóval körülvenni. Így védik meg az érzékeny, nagy pontosságú eszközöket és embereket az elektromos mezők hatásától.

Ajánlott: