પરમાણુ માટેના પ્રારંભિક મોડેલમાં, $Ze$ વિદ્યુતભાર ધરાવતું ધન વિધુતભારિત બિંદુવતુ ન્યુક્લિયસ તેની આસપાસ $R$ ત્રિજ્યા સુધી નિયમિત ઘનતાના ઋણ વિધુતભાર વડે ઘેરાયેલું છે. સમગ્રપણે પરમાણુ તટસ્થ છે. આ મૉડેલ માટે ન્યુક્લિયસથી $r$ અંતરે વિધુતક્ષેત્ર કેટલું હશે ?
આ મૉડેલ માટે વિદ્યુતભાર વિતરણ આકૃતિ માં દર્શાવ્યા મુજબનું છે. નિયમિત ગોળાકાર વિધુતભાર વિતરણમાં કુલ વિદ્યુતભાર $-Ze$ હોવો જોઈએ, કારણ કે પરમાણુ | ( $Ze$ વિદ્યુતભારનું ન્યુક્લિયસ + ઋણ વિધુતભાર ) તટસ્થ છે. આ પરથી ઋણ વિધુતભાર ધનતા $\rho$ મળી શકે કારણ કે,
$\frac{4 \pi R^{3}}{3} \rho=0-Z e$ થવું જોઈએ.
અથવા $\rho=-\frac{3 Z e}{4 \pi R^{3}}$
ન્યુક્લિયસથી અંતરે રહેલા $P$ બિંદુએ વિધુતક્ષેત્ર $E(r)$ શોધવા માટે, આપણે ગૉસના નિયમનો ઉપયોગ કરીએ. $r$ ની દિશા ગમે તે હોય તો પણ વિદ્યુતભાર વિતરણની ગોળીય સંમિતિને લીધે વિદ્યુતક્ષેત્ર $E(r)$ નું માન માત્ર ત્રિજ્યાવર્તી અંતર $r$ પર આધારિત છે. તેની દિશા ઉદગમથી $P$ તરફના ત્રિજ્યા સદિશ જ્યની દિશામાં (અથવા તેની વિરૂદ્ધ દિશામાં) છે. સ્વાભાવિક રીતે ગોસિયન સપાટી કેન્દ્ર તરીકે ન્યુક્લિયસની આસપાસ ગોળાકાર સપાટી છે. આપણે બે પરિસ્થિતિઓનો વિચાર કરીએ, $r \,<\, R$ અને $r \,>\, R$.
$(i)$ $r \,<\,R:$ ગોળાકાર સપાટીનું વિદ્યુત ફલક્સ
$\phi=E(r) \times 4 \pi r^{2}$
જ્યાં $E(r)$ એ $r$ આગળના વિદ્યુતક્ષેત્રનું માન છે. આનું કારણ એ છે કે ગોળાકાર ગૉસિયન સપાટી પરના કોઈ પણ બિંદુએ ક્ષેત્રની દિશા સપાટીને લંબની દિશામાં છે અને સપાટી પરના બધાં બિંદુએ સમાન મૂલ્ય ધરાવે છે. ગૉસિયન સપાટી વડે ઘેરાયેલો વિદ્યુતભાર $q$, ન્યુક્લિયસનો ધન વિધુતભાર અને $r$ ત્રિજ્યાની અંદરનો ઋણ વિદ્યુતભાર છે.
એટલે કે, $q=z e+\frac{4 \pi r^{3}}{3} \rho$
અગાઉ મેળવેલ વિધુતભાર ઘનતા $\rho$ ને અવેજ કરતાં,
$q=Z e-Z e \frac{r^{3}}{R^{3}}$
આ પરથી ગૉસના નિયમ મુજબ,
$E(r)=\frac{Z e}{4 \pi \varepsilon_{0}} \frac{1}{r^{2}}-\frac{r}{R^{3}} ; r \,<\, R$
વિધુતક્ષેત્ર ત્રિજ્યાવર્તી દિશામાં બહારની તરફ છે.
$(ii)$ $r\,>\, R :$ આ કિસ્સામાં ગૉસિયન સપાટી વડે ઘેરાયેલો કુલ વિદ્યુતભાર શૂન્ય છે, કારણ કે પરમાણુ તટસ્થ છે. આમ, ગોસના નિયમ પરથી
$E(r) \times 4 \pi r^{2}=0$ અથવા $E(r)=0 ; r\,>\,R$ માટે.
$r= R$ માટે બંને કિસ્સા એકસમાન પરિણામ આપે છે : $E = 0$
$10\; cm$ ત્રિજ્યાના એક વાહક ગોળા પર અજ્ઞાત વિદ્યુતભાર છે. ગોળાના કેન્દ્રથી $20\; cm$ દૂરના બિંદુએ વિદ્યુતક્ષેત્ર $-1.5 \times 10^{3} \;N / C$ ત્રિજ્યાવર્તી દિશામાં અંદરની તરફ હોય તો ગોળા પરનો કુલ વિદ્યુતભાર કેટલો હશે?
ધારો કે એક નક્કર ગોળાની ત્રિજ્યા $R$ અને તેના પરનો વિદ્યુતભાર $Q$ છે. આ ગોળાનું વિદ્યુત ઘનતા વિતરણ $\rho( r )=\frac{ Q }{\pi R ^{4}} \cdot r$ સૂત્ર વડે અપાય છે. આ ગોળાની અંદર ગોળાના કેન્દ્રથી $r _{1}$ અંતરે આવેલા બિંદુ $P$ આગળ વિદ્યુતક્ષેત્રનું મૂલ્ય કેટલું થાય?
આકૃતિમાં દર્શાવ્યા અનુસાર ત્રણ અનંત લંબાઈ ધરાવતી વિદ્યુતભારીત પાતળી શીટ (તકિત)ને ગોઠવવામાં આવે છે. $P$ બિંદુ આગળ વિદ્યુત ક્ષેત્રનું મૂલ્ય $\frac{x \sigma}{\epsilon_o}$ મળે છે. $x$ નું મૂલ્ય. . . . . .હશે. (દરેક રાશિ $SI$ એકમ પદ્ધતિમાં માપવામાં આવેલ છે.)
નીચે આપેલા સમાન રીતે વિધુતભારિત ઉદ્ભવતાં વિધુતક્ષેત્રનું સૂત્ર મેળવો.
$(i)$ અનંત સમતલ વડે
$(ii)$ પાતળી ગોળાકાર કવચને લીધે તેની બહારના બિંદુએ
$(iii)$ પાતળી ગોળાકાર કવચના લીધે તેની અંદરના બિંદુએ
ગોસના નિયમના ઉપયોગો જણાવો.