کلی سوال از قانون گوس در فضای دکارتی

مدیران انجمن: parse, javad123javad

ارسال پست
baby_1

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۲/۷/۲۳ - ۱۵:۰۲


پست: 71

سپاس: 34

کلی سوال از قانون گوس در فضای دکارتی

پست توسط baby_1 »

سلام
چندین مشکل من رو در حل گوس دکارتی مسائل باز می داره ممنون می شم دوستان هر یک از سوالاتم که می دونن راهنمایی کنن که هم تاپیک جامعی از این قانون اینجا به دست بیاد هم به نحوی تمامی سوالات بی پاسخ نمونن.
1-در قانون گوس که فرم انتگرال برداری آن را به صورت زیر بیان می کنیم
تصویر
آیا برای در نظر گرفتن سطح گوسی در مختصات درکارتی استوانه بودن یا مکعب بودن سطح فرقی می کند یا خیر؟
2-در قانون گوس برای یک صفحه یا تیغه سطح گوس باید تقارن نسبت به صفحه یا تیغه دارد ؟ بزارین منظورمو واضح تر بگم
در یک صفحه باردار کدام شکل رو برای به دست آوردن میدان در نظر می گیریم(استوانه کامل یا استوانه نصفه؟)
تصویر
یا
تصویر

4-
برای به دست آوردن مقدار میدان در سطوح گوسی باید جهت میدان رو قبل از حل در ابتدای شکل مشخص کنیم؟یا خیر؟یعنی مثلا در شکل زیر باید بگیم در فضای z>0 میدان به جهت بالا هست و در z<0 به پایین؟ یا جهت مهم نیست یا جهت را به یک سمت در نظر می گیریم؟
تصویر
یا
تصویر
5-حالا فرض کنین که دو صفحه باردار یکی در z=d باشد و z=-d می خوام بدونم فرق بین این دو سطح گوسی در چیست؟میدان را در چه مکانهایی به دست می آورد؟

تصویر
تصویر
می بخشین که سوالات زیاد شد و پیشاپیش هم از پاسختون ممنونم

نمایه کاربر
Cartouche

عضویت : پنج‌شنبه ۱۳۸۹/۷/۲۹ - ۱۹:۳۶


پست: 1197

سپاس: 957

Re: کلی سوال از قانون گوس در فضای دکارتی

پست توسط Cartouche »

متاسفانه روابط و تصاویرتان، نمایش داده نمیشوند (دستِ کم برای من)؛ بنابراین عذر میخوام اگر در نوشته های پیش ِ رو، مورد ِ بی ربط دیدید. ممکن هست سوالاتتان را درست نفهمیده باشم و بی ربط بگویم.
baby_1 نوشته شده:یا برای در نظر گرفتن سطح گوسی در مختصات درکارتی استوانه بودن یا مکعب بودن سطح فرقی می کند یا خیر؟

سطح گاوسی را که میتوانید هر شکلی بگیرید. اگر منظورتان این است که کدام شکل (با توجه به تقارن) ساده تر است، باید بگویم اصولن، انتخاب سطحی که به روابط ساده تر منجر شود، به دستگاه مختصات مربوط نیست، به مسئله مربوط است. زمانی که شما میخواهید میدان ِیک خط بار ِ نامتناهی را حساب کنید، چه در دستگاه دکارتی و چه قطبی ِ استوانه ای و ...، برای سادگی سطح را استوانه میگیرید.
اما اگر منظورتان برای مسئله ای است که در سوالات بعدی به آن اشاره کردید، باید بگویم در این مسئله، تفاوتی نمیکند و هردو (ازقضا) به روابطی مشابه ختم میشوند. منظورم روابط ِ حل هست نه جواب، وگرنه شما در هر مسئله ای، هر سطحی بگیرید به یک جواب خواهید رسید، به طور مثال در این سوال، سطح مخروط و ... را امتحان کنید!
baby_1 نوشته شده:2-در قانون گوس برای یک صفحه یا تیغه سطح گوس باید تقارن نسبت به صفحه یا تیغه دارد ؟ بزارین منظورمو واضح تر بگم
در یک صفحه باردار کدام شکل رو برای به دست آوردن میدان در نظر می گیریم(استوانه کامل یا استوانه نصفه؟)

ابدن فرقی نمیکند. چه تیغه نارسانا باشد و چه رسانا، چه نامتناهی باشد (به قول خودتان صفحه) و چه متناهی، اگر لازم هست، با هر دو نوع سطح حل را بنویسم. کلن عرض کردم که جواب در انتها فرقی نمیکند و در این سوال شما هم، هر دو حالت، به روابطی ساده منتنهی خواهند شد.
baby_1 نوشته شده:برای به دست آوردن مقدار میدان در سطوح گوسی باید جهت میدان رو قبل از حل در ابتدای شکل مشخص کنیم؟یا خیر؟یعنی مثلا در شکل زیر باید بگیم در فضای z>0 میدان به جهت بالا هست و در z<0 به پایین؟ یا جهت مهم نیست یا جهت را به یک سمت در نظر می گیریم؟

شما باید انتگرال ِ یک بردار را روی ِ یک سطح بگیرید. در فضای سه بعدی، برای پیداکردن بردار ِ میدان ِ ، ما 3 مجهول داریم و یک معادله گاوس! پس بدیهیست که باید از روابط ِ دیگر فیزیک که میشناسیم (مثلن صفر بودن کرل ِ میدان یا تقارن یا هر چیز دیگر) دو معادله دیگر را پیدا کنیم. این کار معمولن به این صورت انجام میگیرد که جهت ِ بردار ِ میدان (دومجهول) از روی تقارن و اندازه ِ میدان( یک مجهول) از روی قانون گاوس بدست می آید. (در فضای سه بعدی، جهتِ یک بردار را میتوان با داشتن اندازه و دو مولفه ی آن تعیین کرد، بنابراین، جهت یک بردار با داشتن ِ اندازه، در واقع دو مجهول است) مثلن برای صفحه نامتناهی، میگویید با توجه به تقارن، میدان در راستای عمود بر صفحه هست که در واقع دو مجهول را به این شکل تعیین کردید و گفتید Ey=Ez=0 ، جهت x را من عمود بر صفحه گرفتم.این کار را برای هر مسئله ِ قانون گاوس انجام میدهید.
baby_1 نوشته شده:5-حالا فرض کنین که دو صفحه باردار یکی در z=d باشد و z=-d می خوام بدونم فرق بین این دو سطح گوسی در چیست؟میدان را در چه مکانهایی به دست می آورد؟

فرقی ندارند، هرجا که اولی میدان را بدهد، دومی هم میتواند به سادگی* بدهد.
* منظورم از سادگی، یعنی اینکه تقارن ها و ... در دومی هم قابل استفاده است، وگرنه همان ابتدا گفتم که، اگر نخواهیم ساده یک مسئله را حل کنیم، میتوانیم هر سطح گاوسی را به هر شکل در نظر بگیریم.
دوای درد عاشق را کسی کو سهل پندارد

ز فکر آنان که در تدبیر درمانند در مانند

baby_1

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۲/۷/۲۳ - ۱۵:۰۲


پست: 71

سپاس: 34

Re: کلی سوال از قانون گوس در فضای دکارتی

پست توسط baby_1 »

سلام جناب Cartouche
یه دنیا از توضیحاتتون ممنونم.
پس تا اینجا من این برداشتهای رو از توضیحاتتون کردم که ممنون می شم اگر اشتباهی باز در هر قسمت هست رو بهم گوش زد کنین
1-نوع سطح گوسی فرقی نمی کند ولی ترجیحا باید شکلی انتخاب بشه که باعث کمترین میزان محاسبات و پیچیدگی شود
2-بنابراین برای تعیین نوع سطح اگر شکل گوسی را نسبت به صفحه یا فضای داده شده متقارن و به یک اندازه بگیریم عدد خروجی فرقی در محاسبات نمی کند.پیش فرض اولیه با متقارن حل می کنیم که اگر بتوان به این صورت تعداد مجهولات رو کمتر کرد.سوالات جدید:
الف)برای بنابراین برای دو شکل استوانه ای زیر
تصویر
تصویر
سه سطح رو باید حساب کنیم که در دومی اگر صفحه رسانا باشد E سطح پایین رو برابر صفر در نظر می گیرم و بنابراین تنها E رو در مکانهای بالای سطح خواهم داشت و مکانهای پایین صفحه هم به طبع منفی میدان بالاست.اما با شکل اول میدان در هر نقطه (با فرض صفحه رسانا) به چه صورت محاسبه می شود؟
ب)اگر بخوایم برای شکل اول و سطح اول(فرض می کنیم صفحه با چگالی یکنواخت بار p0 باشد ) معادله به صورت زیر می شود؟
فرض می کنیم شعاع استوانه گوس a و ارتفاع کل آن L هست.
داریم
تصویر
تصویر
تصویر
که انتگرال lip-surface چون با فرض اینکه میدان در جهت z هست و ds در جهت ar و این دو بر هم عمودند صفر هست برای دو سطح باقی مانده خواهیم داشت
تصویر
که جواب به دست آمده درست هست؟(سوال در پست بعدی بعد از جواب شما را در ادامه مطرح می کنم)یعنی جهت یا علامت ds و یا D را که در ابتدا بدانیم یا خیر در جواب کل تاثیری دارد یا خیر؟
پ) اگر به عنوان مثال برای یک تیغه شکل را نصف و بدون تقارن بگیرم مقدار بار به دست آمده در رابطه گوس می تواند متفاوت باشد آیا برای تیغه باید سطح گوسی متقارن و کامل باشد یا خیر؟

baby_1

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۲/۷/۲۳ - ۱۵:۰۲


پست: 71

سپاس: 34

Re: کلی سوال از قانون گوس در فضای دکارتی

پست توسط baby_1 »

جناب Cartouche
با توضیحات قبلیتون یه سری از مشکلاتم خیلی حل شد و مجددا متشکرم
5-در مورد توضیحات قبلی که جهت E و یا ds در تعیین منفی یا مثبت یا منفی بودن جواب موثر هست یا خیر (یعنی اینکه باید جهت E و ds را بدانیم قبل از حل مسئله یا جهتی دلخواهی را در نظر بگیریم)توجه شما را به پاسخ یکی از سوالات گوس جلب می کنم
تصویر
چرا انتگرال E2 منفی شده است؟
6-در برداشت من از توضیحات قبلیتون که شکل گوسی تقارن داشته باشد یا نصف هم باشد مشکلی ایجاد نمی کند ذهنیتم سمت این رفت که شما منظورتون جمع آثار هر یک از صفحات و به دست آوردن میدان آنها و سپس جمع کردن جواب میدانها در هر نقطه با هم هست.حالا می خواستم بدونم اگر در سوال (5) که الان سوال پرسیدم اگر میدان در بین دو صفحه مد نظر باشد باز باید دو بار گوس را اعمال کنیم یا تنها با یکبار اعمال قضیه ی گوس می شود میدان بین دو صفحه را به دست آورد در این صورت سطح گوسی به چه صورت و به چه فواصل یا روی صفحه یا صفحاتی در نظر گرفته می شود؟

پیشاپیش از پاسختون ممنونم

نمایه کاربر
Cartouche

عضویت : پنج‌شنبه ۱۳۸۹/۷/۲۹ - ۱۹:۳۶


پست: 1197

سپاس: 957

Re: کلی سوال از قانون گوس در فضای دکارتی

پست توسط Cartouche »

baby_1 نوشته شده:یعنی جهت یا علامت ds و یا D را که در ابتدا بدانیم یا خیر در جواب کل تاثیری دارد یا خیر؟
baby_1 نوشته شده:5-در مورد توضیحات قبلی که جهت E و یا ds در تعیین منفی یا مثبت یا منفی بودن جواب موثر هست یا خیر (یعنی اینکه باید جهت E و ds را بدانیم قبل از حل مسئله یا جهتی دلخواهی را در نظر بگیریم)

ببینید، اینها ارتباطی به قانون گاوس ندارند؛ اینهایی که شما میگید، در واقع ملاحظاتی هست که در قضیه دیورژانس در ریاضیات، میشود.
طبق قرارداد ما جهتِ ds را در این شکل قانون گاوس، همیشه به سمت بیرونِ سطح گاوسی میگیریم. پس دلخواه نیست. اگر به سمت داخل بگیرید باید یک منفی در یک طرف قانون گاوس بذارید.
اما جهتِ E خب دلخواه هست. شما به هر طرف بگیرید، یک جواب بدست میاید و اگر در جهت مخالف بگیرید، قرینه قبلی خواهد شد!
baby_1 نوشته شده:چرا انتگرال E2 منفی شده است؟

حل کننده سوال، جهت E2 را به سمت بالا گرفته، در قانون گاوس داریم انتگرال E.ds، یعنی بردار E را در بردار ds ضرب داخلی کنید و بعد انتگرال بگیرید. حالا، ضرب داخلی بردار E2 و ds چه میشود؟ میشود منفی اندازه E2 در اندازه ds؛ چرا که زاویه بین E2 و ds صدوهشتاد درجه است و در ضرب داخلی یک کسینوس 180 داریم که میشود 1- !
این شخص که این سوال را حل کرده، باتوجه به فیزیک مسئله، فهمیده که اگر E2 را به سمت بالا بگیره، مثبت خواهد بود!
baby_1 نوشته شده:6-در برداشت من از توضیحات قبلیتون که شکل گوسی تقارن داشته باشد یا نصف هم باشد مشکلی ایجاد نمی کند ذهنیتم سمت این رفت که شما منظورتون جمع آثار هر یک از صفحات و به دست آوردن میدان آنها و سپس جمع کردن جواب میدانها در هر نقطه با هم هست.حالا می خواستم بدونم اگر در سوال (5) که الان سوال پرسیدم اگر میدان در بین دو صفحه مد نظر باشد باز باید دو بار گوس را اعمال کنیم یا تنها با یکبار اعمال قضیه ی گوس می شود میدان بین دو صفحه را به دست آورد در این صورت سطح گوسی به چه صورت و به چه فواصل یا روی صفحه یا صفحاتی در نظر گرفته می شود؟

بله، با دوبار گرفتن هم میشود، همانطوری که خودتان گفتید، یکبار برای سطح اولی و یکبار هم برای سطح دومی. اما با یکبار گرفتن هم میشود. میدان در فضای بیرون دو صفحه صفر است (چرا؟)، پس با یک سطح استوانه که یکی از سطوح مقطعش بیرون دو سطح و دیگری، بین دوسطح باشد ،میتوان میدان را بدست آورد.
دوای درد عاشق را کسی کو سهل پندارد

ز فکر آنان که در تدبیر درمانند در مانند

نمایه کاربر
Electromagnetism

نام: Ali Kamali

محل اقامت: Mashhad, Iran

عضویت : یک‌شنبه ۱۳۹۳/۶/۳۰ - ۲۰:۵۱


پست: 10

سپاس: 5

جنسیت:

تماس:

Re: کلی سوال از قانون گوس در فضای دکارتی

پست توسط Electromagnetism »

چرا انتگرال E2 منفی شده است؟


با سلام

فراموش نکنید که میدان (E) و عنصر سطح (ds) هردو کمیات برداری هستند.

در سطح بالا، میدان حاصل از توزیع های خطی بار ، با این حساب که خط بار با چگالی مثبت نزدیک، و خط دوم با چگالی منفی در فاصله ی دورتری واقع شده است، برایند میدان حاصله، میدانی در راستای Z خواهد بود. همچنین مولفه ی عمود بر سطح S1 نیز در راستای Z است،
پس خواهیم داشت E1S1 +

اما در سطح پایین، میدان حاصل از توزیع های خطی، به این صورت که خط بار با چگالی منفی نزدیک، و خط با چگالی مثبت دور تر واقع شده، برایند میدان ها، میدانی در راستای Z+ را ایجاد می کند، حال اینکه : مولفه ی عمود بر سطح S2 در راستای Z- است. پس خواهیم داشت : E2S2 -


موفق و پیروز باشید smile072

ارسال پست