ગોસના નિયમનો ઉપયોગ કર્યા સિવાય વિધુતભારની સમાન રેખીય ઘનતા $\lambda$ ધરાવતા લાંબા પાતળા તારને લીધે ઉદભવતા વિધુતક્ષેત્રનું સૂત્ર મેળવો. (સૂચન : કુલંબના નિયમનો સીધો ઉપયોગ કરો અને જરૂરી સંકલનની ગણતરી કરો.)
Take a long thin wire $XY$ (as shown in the following figure) of uniform linear charge density $\lambda$
Consider a point $A$ at a perpendicular distance $l$ from the mid-point $O$ of the wire, as shown in the following figure.
Let $E$ be the electric field at point $A$ due to the wire,$ XY$.
Consider a small length element $d x$ on the wire section with $OZ =x$
Let $q$ be the charge on this piece.
$=\lambda d x$
Electric field due to the piece,
$d E=\frac{1}{4 \pi \epsilon_{0}} \cdot \frac{\lambda d x}{(A Z)^{2}}$
However, $A Z=\sqrt{l^{2}+x^{2}}$
$\therefore d E=\frac{1}{4 \pi \epsilon_{0}} \cdot \frac{\lambda d x}{\left(l^{2}+x^{2}\right)}$
The electric field is resolved into two rectangular components. $d E \cos \theta$ is the perpendicular component and $d E \sin \theta$ is the parallel component. When the whole wire is considered, the component $d E \sin \theta$ is cancelled. Only the perpendicular component $d E \cos \theta$ affects point $A$ Hence, effective electric field at point $A$ due to the element dx is $dE_{1}.$
In $\Delta AZO$
$\therefore d E_{1}=\frac{1}{4 \pi \epsilon_{0}} \cdot \frac{\lambda d x \cdot \cos \theta}{\left(l^{2}+x^{2}\right)} \dots \ldots(1)$
$\tan \theta=\frac{x}{l} \Rightarrow x=l \cdot \tan \theta \ldots \ldots (2)$
On differentiating equation $(2),$ we obtain $\frac{d x}{d \theta}=l \sec ^{2} \theta \Rightarrow d x$$=l \sec ^{2} \theta d \theta \ldots \ldots (3)$
From equation $(2),$ we have $x^{2}+l^{2}=l^{2} \tan ^{2} \theta+l^{2}=l^{2}\left(\tan ^{2} \theta+1\right)$$=l^{2} \sec ^{2} \theta \ldots \ldots (4)$
Putting equations $(3)$ and $(4)$ in equation $(1),$ we obtain
$d E_{1}=\frac{1}{4 \pi \epsilon_{0}} \cdot \frac{\lambda l \sec ^{2} \theta d \theta \cdot \cos \theta}{l^{2} \sec ^{2} \theta}$
$= \frac{1}{4 \pi \epsilon_{0}} \cdot \frac{\lambda \cos \theta d \theta}{l} \ldots \ldots(5)$
The wire is so long that $\theta$ tends from $-\frac{\pi}{2}$ to $\frac{\pi}{2} .$
By integrating equation $(5),$ we obtain the value of field $E _{1}$ as,
$\int\limits_{-\frac{\pi}{2}}^{\frac{\pi}{2}} d E_{1}=\int\limits_{-\frac{\pi}{2}}^{\frac{\pi}{2}} \frac{1}{4 \pi \epsilon_{0}} \frac{\lambda}{l} \cos \theta d \theta$
$\Rightarrow E_{1}=\frac{1}{4 \pi \epsilon_{0}} \frac{\lambda}{l}[\sin \theta]_{-\frac{\pi}{2}}^{\frac{\pi}{2}}$
$\Rightarrow E_{1}=\frac{1}{4 \pi \epsilon_{0}} \frac{\lambda}{l} \times 2$
$\Rightarrow E_{1}=\frac{\lambda}{2 \pi \epsilon_{0} l}$
Therefore, the electric field due to long wire is $\frac{\lambda}{2 \pi \epsilon_{0} l}$
ગાઉસના પ્રમેય પરથી કુલંબનો નિયમ સમજાવો.
પરમાણુનું પરિમાણ એંગસ્ટ્રોમના ક્રમનું છે. તેથી તેમાં ઇલેક્ટ્રોન્સ અને પ્રોટોન્સ વચ્ચે ખૂબજ મોટું વિધુતક્ષેત્ર હોવું જોઈએ, તો પછી શા માટે ધાતુની અંદર સ્થિત વિધુતક્ષેત્ર શૂન્ય છે ?
$R$ ત્રિજયાનો નકકર ગોળા પર સમાન રીતે વિદ્યુતભાર ફેલાયેલો છે.તો વિદ્યુતક્ષેત્ર $(E)$ અને કેન્દ્રથી અંતર $r$ વચ્ચેનો સંબંધ શું થાય? (r < R)
અનુક્રમે, $+ \sigma$ અને $+ \lambda$ વિદ્યુતભાર ધનતા ધરાવતા એક અનંત પૃષ્ઠ વિદ્યુતભાર અને અનંત રેખીય વિદ્યુતભારને, એકબીજાને સમાંતર $5\,m$ અંતરે રાખવામાં આવે છે. બિંદુ $P$ અને $Q$ એ રેખીય વિદ્યુતભારથી લંબઅંતરે પૃષ્ઠ તરફ અનુક્રમે $\frac{3}{\pi}\, m$ અને $\frac{4}{\pi}\,m$ અંતરે રહેલા બિંદુ છે. બિંદ્દુ $P$ અને $Q$ આગળ પરિણામી વિદ્યુતક્ષેત્ર ના મૂલ્યો અનુક્રમે $E_P$ અને $E _Q$ છે. જો $2|\sigma|=|\lambda|$ હોય, તો $\frac{E_P}{E_Q}=\frac{4}{a}$ મળે છે. $a$ નું મૂલ્ય ....... થશે.
જો બંધ સપાટી વડે ઘેરાતો વિધુતભાર શૂન્ય હોય, તો તે સપાટી પરના દરેક સ્થાને વિધુતક્ષેત્ર શૂન્ય હોવાનું સૂચવે છે ? બીજી બાજુ જો સપાટી પરના દરેક સ્થાને વિધુતક્ષેત્ર શૂન્ય હોય તો બંધ સપાટી વડે ઘેરાતો ચોખ્ખો (પરિણામી) વિધુતભાર શૂન્ય હોવાનું સૂચવે છે ?