Gaussova veta a princíp superpozície

Gaussova veta a princíp superpozície
Gaussova veta a princíp superpozície
Anonim

Gaussova veta je jedným zo základných zákonov elektrodynamiky, štrukturálne zahrnutý do systému rovníc ďalšieho veľkého vedca - Maxwella. Vyjadruje vzťah medzi intenzitnými tokmi elektrostatických a elektrodynamických polí prechádzajúcich uzavretým povrchom. Meno Karla Gaussa znie vo vedeckom svete nemenej hlasno ako napríklad Archimedes, Newton či Lomonosov. Vo fyzike, astronómii a matematike nie je veľa oblastí, ku ktorým by tento skvelý nemecký vedec priamo neprispel.

Gaussova veta
Gaussova veta

Gaussova veta zohrala kľúčovú úlohu pri štúdiu a pochopení podstaty elektromagnetizmu. Celkovo sa to stalo akýmsi zovšeobecnením a do istej miery aj výkladom známeho Coulombovho zákona. To je len prípad, ktorý nie je vo vede taký zriedkavý, keď rovnaké javy možno opísať a formulovať rôznymi spôsobmi. Ale nielen nadobudnutá Gaussova veta platilavýznam a praktické využitie pomohlo pozrieť sa na známe prírodné zákony z trochu inej perspektívy.

Niektorým spôsobom prispela k veľkému prelomu vo vede a položila základy pre moderné poznatky v oblasti elektromagnetizmu. Čo je teda Gaussova veta a aká je jej praktická aplikácia? Ak vezmeme pár statických bodových nábojov, častica, ktorá sa k nim dostane, bude priťahovaná alebo odpudzovaná silou, ktorá sa rovná algebraickému súčtu hodnôt všetkých prvkov systému. V tomto prípade bude intenzita všeobecného súhrnného poľa vytvoreného v dôsledku takejto interakcie súčtom jeho jednotlivých zložiek. Tento vzťah sa stal všeobecne známym ako princíp superpozície, ktorý umožňuje presne opísať akýkoľvek systém vytvorený multivektorovými nábojmi, bez ohľadu na ich celkový počet.

Gaussova veta pre magnetické pole
Gaussova veta pre magnetické pole

Keď je však takýchto častíc veľa, vedci najskôr narazili na určité ťažkosti vo výpočtoch, ktoré nebolo možné vyriešiť aplikáciou Coulombovho zákona. K ich prekonaniu pomohla Gaussova veta pre magnetické pole, ktorá však platí pre všetky silové sústavy nábojov, ktoré majú klesajúcu intenzitu úmernú r −2. Jeho podstata spočíva v tom, že ľubovoľný počet nábojov obklopených uzavretým povrchom bude mať celkový tok intenzity rovný celkovej hodnote elektrického potenciálu každého bodu danej roviny. Zároveň sa nezohľadňujú princípy interakcie medzi prvkami, čo značne zjednodušujevýpočty. Táto veta teda umožňuje vypočítať pole aj s nekonečným počtom nosičov elektrického náboja.

Gaussova veta pre dielektrikum
Gaussova veta pre dielektrikum

Pravdaže, v skutočnosti je to možné len v niektorých prípadoch ich symetrického usporiadania, keď existuje vhodná plocha, cez ktorú sa dá ľahko vypočítať sila a intenzita prúdenia. Napríklad skúšobný náboj umiestnený vo vodivom telese guľového tvaru nezaznamená najmenší silový efekt, pretože index intenzity poľa sa tam rovná nule. Schopnosť vodičov vytlačiť rôzne elektrické polia je spôsobená výlučne prítomnosťou nosičov náboja v nich. V kovoch túto funkciu vykonávajú elektróny. Takéto vlastnosti sú dnes v technológii široko používané na vytváranie rôznych priestorových oblastí, v ktorých elektrické polia nepôsobia. Tieto javy dokonale vysvetľuje Gaussova veta pre dielektriká, ktorých vplyv na systémy elementárnych častíc je redukovaný na polarizáciu ich nábojov.

Na vytvorenie takýchto efektov stačí obklopiť určitú oblasť napätia kovovou tieniacou sieťkou. Takto sú citlivé vysoko presné zariadenia a ľudia chránení pred vystavením elektrickým poliam.

Odporúča: