Tofauti Kati ya Sheria ya Gauss na Sheria ya Coulomb

2024 Mwandishi: Alex Aldridge | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2023-12-17 13:51

Sheria ya Gauss dhidi ya Sheria ya Coulomb

Sheria ya Gauss na sheria ya Coulomb ni sheria mbili muhimu sana zinazotumika katika nadharia ya uga wa kielektroniki. Hizi ni sheria mbili za msingi zaidi, ambazo husababisha maendeleo ya uwanja wa umeme. Sheria hizi, pamoja na sheria ya Ampere, husababisha milinganyo ya Maxwell. Milinganyo ya Maxwell ni seti ya milinganyo minne inayoweza kuelezea jambo lolote katika nadharia ya sumakuumeme. Uelewa wa kina katika sheria hizi mbili unahitajika, ili kuelewa nadharia za sumaku-umeme kikamilifu. Katika makala haya, tutajadili sheria ya Gauss na sheria ya Coulomb ni nini, matumizi yao, ufafanuzi, kufanana kati ya hizi mbili, na hatimaye tofauti kati ya sheria ya Gauss na sheria ya Coulomb.

Sheria ya Gauss

Sheria ya Gauss ni sheria muhimu sana inayoeleza sifa za sehemu za umeme, sehemu za sumaku na sehemu za uvutano. Sheria ya Gauss kwa mashamba ya umeme inasema kwamba mtiririko wa umeme kupitia uso wowote uliofungwa ni sawa na malipo ya umeme yaliyofungwa na uso. Inaweza kuonyeshwa kama ∅=Q/ε₀ ambapo φ ni mtiririko wa jumla wa umeme juu ya uso, Q ni chaji iliyoambatanishwa na uso, na ε_{0ni kipenyo cha dielectri. Ili kuelewa dhana hii, mtu lazima kwanza aelewe dhana ya flux ya umeme. Fluji ya umeme juu ya uso ni kipimo cha idadi ya mstari wa shamba la umeme kupita kwenye uso. Hii inalingana moja kwa moja na idadi ya mistari ya uwanja wa umeme kwenye uso. Sheria ya Gauss kwa uwanja wa sumaku ni sheria muhimu sana. Sheria ya Gauss ya sehemu za sumaku inasema kwamba jumla ya flux ya sumaku juu ya uso wowote uliofungwa ni sifuri. Hii ni kwa sababu monopoles magnetic haipo. Nguzo za sumaku zipo tu kama dipoles. Katika uso wowote uliofungwa, polarity wavu ya sumaku ni sifuri. Kwa hivyo, mtiririko wa sumaku juu ya uso wowote uliofungwa ni sifuri.}

Sheria ya Coulomb

Sheria ya Coulomb ni sheria inayoeleza mwingiliano kati ya chembe zinazochajiwa. Hii inasema kwamba nguvu kati ya chembe mbili zinazochajiwa ni sawia na chaji na inawiana kinyume na mraba wa umbali kati ya chembe hizo mbili. Hii inaweza kuonyeshwa kwa kutumia mlinganyo F=Q₁Q₂/ 4πr²ε 0 _{ambapo Q}1 _{na Q2 ni malipo ya chembe, r ni umbali kati ya chaji mbili, na ε}0_{ni mzunguko wa dielectric wa nafasi ya bure. Ikiwa mlinganyo huu umefafanuliwa kwa kati zaidi ya nafasi huru, ε}0 _{inapaswa kubadilishwa na ε, ambapo ε ni kipenyo cha dielectri cha kati. Ikiwa gharama hizi zingekuwa za ishara sawa, F itakuwa thamani chanya. Hii inamaanisha kuwa mashtaka mawili yanapingana. Ikiwa malipo haya mawili ni ya ishara tofauti, F inakuwa thamani hasi; kwa hivyo, kuelezea mvuto kati ya mashtaka mawili.}

Kuna tofauti gani kati ya sheria ya Coulomb na sheria ya Gauss?

• Sheria ya Coulomb inaelezea mwingiliano kati ya mashtaka mawili huku sheria ya Gauss inaelezea mtiririko wa sehemu iliyofungwa kutoka kwa nyumba iliyofungwa ndani ya uso.

• Sheria ya Coulomb inatumika kwa sehemu za umeme pekee huku sheria ya Gauss inatumika kwa sehemu za umeme, sehemu za sumaku na sehemu za uvutano.