απορία; ΟΤΑΝ ΕΧΕΙΣ ΑΠΟΡΙΑ

5-4 O ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ GAUSS (Γκάους)

Κατά τον νόμο του Gauss, η ροή από μια κλειστή επιφάνεια καθορίζεται από το φορτίο μέσα της, ΦΕ = Qεγκ/εο, και δίνει εύκολα την ένταση για συμμετρικές κατανομές φορτίου: σφαιρικό κέλυφος, απείρου μήκους σύρμα, άπειρο φορτισμένο φύλλο.

Β΄ Λυκείου · Φυσική θετικών · 25 λεπτά

Το μάθημα είναι στο σχολικό βιβλίο. Δεν το αντιγράφουμε εδώ. Άνοιξε το επίσημο κεφάλαιο και γύρνα για την εξάσκηση.

Άνοιγμα βιβλίου ↗

Η σύνοψη, οι όροι και οι ασκήσεις γράφτηκαν με τη βοήθεια τεχνητής νοημοσύνης από το σχολικό βιβλίο και μπορεί να έχουν λάθη. Πηγή είναι πάντα το βιβλίο: ό,τι σου φαίνεται περίεργο, έλεγξέ το εκεί. Βρήκες λάθος; Γράψε μας στο aporia@signmak.com.

Σχεδιάγραμμα

Δική μας σύνοψη της ενότητας, για επανάληψη. Πηγή είναι πάντα το βιβλίο.

Τι έγινε

  1. Για σημειακό φορτίο q στο κέντρο σφαίρας ακτίνας r: E = q/(4πεο·r²), εμβαδόν 4πr², άρα ΦΕ = q/εο, ανεξάρτητα από το r.
  2. Από κάθε κλειστή επιφάνεια που περικλείει το q περνούν οι ίδιες γραμμές, άρα ίδια ροή· με την αρχή της επαλληλίας: ΦΕ = Qεγκ/εο (νόμος του Gauss).
  3. Η επιφάνεια που επιλέγουμε λέγεται επιφάνεια Gauss· το Qεγκ είναι μόνο το φορτίο μέσα της, ενώ το E είναι το ολικό πεδίο από όλα τα φορτία. Φορτίο έξω από την επιφάνεια δίνει μηδενική ολική ροή.
  4. Gauss και Coulomb εκφράζουν τον ίδιο νόμο με δύο τρόπους· ο Gauss είναι χρήσιμος όταν το φορτίο κατανέμεται συμμετρικά.
  5. Σφαιρικό κέλυφος με φορτίο Q: έξω E = Q/(4πεο·r²), σαν σημειακό φορτίο στο κέντρο· μέσα E = 0. Το ίδιο ισχύει για φορτισμένο σφαιρικό αγωγό, αφού το πλεονάζον φορτίο πηγαίνει στην επιφάνεια.
  6. Σύρμα απείρου μήκους με γραμμική πυκνότητα λ: με κυλινδρική επιφάνεια Gauss, E = λ/(2πεο·r), αντίστροφα ανάλογη της απόστασης.
  7. Άπειρο φύλλο με επιφανειακή πυκνότητα σ: E = σ/(2εο), ανεξάρτητη της απόστασης, δηλαδή ομογενές πεδίο σε κάθε πλευρά.

Πρόσωπα

Karl Friedrich Gauss
Γερμανός μαθηματικός, 1777-1855
Coulomb
ο νόμος του ισοδυναμεί με τον νόμο του Gauss

Όροι

νόμος του Gauss
ΦΕ = Qεγκ/εο
Qεγκ
φορτίο μέσα στην κλειστή επιφάνεια
επιφάνεια Gauss
η κλειστή επιφάνεια που επιλέγουμε
E = q/(4πεο·r²)
ένταση σημειακού φορτίου με την εο
εμβαδόν σφαίρας
4πr²
ροή από φορτίο έξω από την επιφάνεια
συνολικά μηδέν
E μέσα σε φορτισμένο σφαιρικό κέλυφος
μηδέν
E έξω από σφαιρικό κέλυφος
σαν σημειακό φορτίο στο κέντρο
πλεονάζον φορτίο αγωγού
συγκεντρώνεται στην επιφάνεια
γραμμική πυκνότητα φορτίου λ
φορτίο ανά μονάδα μήκους
E = λ/(2πεο·r)
πεδίο σύρματος απείρου μήκους
επιφανειακή πυκνότητα φορτίου σ
φορτίο ανά μονάδα επιφάνειας
E = σ/(2εο)
πεδίο άπειρου φορτισμένου φύλλου
Gauss και Coulomb
ο ίδιος νόμος σε δύο μορφές
πότε βοηθά ο νόμος του Gauss
σε συμμετρική κατανομή φορτίου

ΠΑΙΞΕ ΤΟΤηλεπαιχνίδι · Η Σκάλα · Η Τελεία · Κρεμάλα · Ζευγάρια · όλα με την ύλη αυτού του μαθήματος.

Εξάσκηση

Συχνές απορίες

Τι λέει ο νόμος του Gauss;

Η ηλεκτρική ροή από οποιαδήποτε κλειστή επιφάνεια ισούται με το συνολικό φορτίο που περικλείει η επιφάνεια διαιρεμένο με τη σταθερά εο: ΦΕ = Qεγκ/εο.

Γιατί μέσα σε ένα φορτισμένο σφαιρικό κέλυφος δεν υπάρχει πεδίο;

Αν πάρουμε σφαιρική επιφάνεια Gauss μέσα στο κέλυφος, δεν περικλείει φορτίο, άρα η ροή είναι μηδέν και λόγω συμμετρίας E = 0. Έξω από το κέλυφος το πεδίο είναι σαν όλο το φορτίο να ήταν στο κέντρο.

Ποια σχέση έχει ο νόμος του Gauss με τον νόμο του Coulomb;

Δεν είναι δύο ανεξάρτητοι νόμοι αλλά ο ίδιος νόμος γραμμένος με δύο τρόπους. Από τον Coulomb για σημειακό φορτίο βγαίνει ΦΕ = q/εο, που γενικεύεται στον νόμο του Gauss.

Ανοίγει το μενού κοινοποίησης του κινητού σου. Αν δεν υπάρχει, αντιγράφεται ο σύνδεσμος.

Νέα από το aporia.gr Νέες ενότητες και ό,τι βρίσκουμε στα θέματα των Πανελληνίων, στη σελίδα μας στο Facebook.