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 : $E = 0$
$10\, cm$ ત્રિજ્યાનો એક ગોલીય વાહક સમાન રીતે વિતરિત $3.2 \times 10^{-7} \,C$ વિજભાર ધરાવે છે આ ગોળાના કેન્દ્રથી $15 \,cm$ અંતરે રહેલા બિંદુ પર વિદ્યુતક્ષેત્રનું માન શું હશે ?
$\left(\frac{1}{4 \pi \epsilon_{0}}=9 \times 10^{9} Nm ^{2} / C ^{2}\right)$
$10 \,cm$ ત્રિજ્યાના એકરૂપ વિદ્યુતભારીત અવાહક ગોળાના કેન્દ્રથી $20 \,cm$ અંતરે વિદ્યુતક્ષેત્ર $E$ છે. તો $5 \,cm$ અંતરે કેટલું હશે ?
આકૃતિમાં બતાવેલ બે અનંત પાતળા સમતલની પૃષ્ઠ વિદ્યુતભાર ઘનતા $\sigma$ છે. તો ત્રણ જુદા જુદા પ્રદેશ $E_{ I }, E_{ II }$ અને $E_{III}$ માં વિદ્યુતક્ષેત્ર કેટલું મળે?
$\mathrm{R}$ ત્રિજ્યાના ગોળાનો વિચાર કરો કે જેના પર વિધુતભાર ઘનતાનું વિતરણ $p\left( r \right){\rm{ }} = {\rm{ }}kr,{\rm{ }}r \le R{\rm{ }} = {\rm{ }}0$ અને $r\, >\, R$.
$(a)$ $\mathrm{r}$ જેવાં અંતરે આવેલાં બધા બિંદુઓએ વિધુતક્ષેત્ર શોધો.
$(b)$ ધારોકે, ગોળા પરનો કુલ વિધુતભાર $2\mathrm{e}$ છે જ્યાં $\mathrm{e}$ એ ઇલેક્ટ્રોન પરનો વિધુતભાર છે. બે પ્રોટોન્સને કયાં જડિત કરી ( મૂકી ) શકાય કે જેથી તેમની દરેક પર લાગતું બળ શૂન્ય છે. એવું ધારી લો કે, પ્રોટોનને દાખલ કરવાથી ઋણ વિધુતભાર વિતરણમાં કોઈ ફેરફાર થતો નથી.
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 ?