Электр заряды.

Date: 2014-03-11; view: 7185.

Лекция 10

Электростатика. Электр зарядының өзара әсерлесуі. Электр зарядының сақталу заңы. Электр өрісі. Электр өрісінің кернеулілігі. Суперпозиция принципі. Электрлік диполь. Электростатика.

Электростатика дегеніміз қозғалмайтын электр зарядтарының өзара әсерін және тұрақты электр өрісінің қасиетін зерттейтін физика бөлімі.

Электр заряды дегеніміз дененің немесе бөлшектің электромагниттік әсерге қабілетін сипаттайтын дененің ішкі қасиеті.

Электр өрісінің заряды – Кулон (Кл) – бұл ток күші 1А болған кезде өткізгіштің көлденең қимасы арқылы 1 сек уақыт ішінде өтетін электр заряды.

Элементар (минимал) электр заряды дегеніміз Кл.

Теріс таңбалы элементар зарядты тасушы – электрон. Оның массасы кг. Элементар оң таңбалы зарядты тасушы – протон. Оның массасы кг.

Тәжірибе жүзінде тағайындалған электр зарядының мынадай негізгі қасиеттері бар:

- Запрядтың екі түрі бар: оң және теріс. Аттас зарядтары тебіледі, әр аттас зарядтар тартылады.

- Электр заряды инвариантты – оның шамасы санақ жүйесіне байланысты емес, яғни ол қозғалады ма, әлде тыныштықта болады ма.

- Электр заряды дискретті – кез-келген дененің заряды элементар зарядқа бүтін еселі болады.

- Электр заряды аддитивті – кез-келген денелер жүйесінің заряды (бөлшек) осы жүйеге енетін денелер (бөлшектер) зарядының қосындысына тең.

- Электр заряды зарядтың сақталу заңына бағынады; кез-келген тұйық жүйедегі электр зарядының алгебралық қосындысы берілген жүйе ішінде қандай процесс жүрсе де өзгеріссіз қалады.

Берілген жағдайда тұйық жүйе деп сыртқы денелермен заряд алмаспайтын жүйені айтады.

Электростатикада нүктелік электр заряды деген физикалық модель пайдаланылады. Бұл берілген жағдайда өлшемі мен формасы елеусіз зарядталған дене.

Кулон заңы.

Нүктелік зарядтардың өзара әсерлесу заңы – Кулон заңы: Вакуумда тыныштықта тұрған, нүктелік екі зарядтың өзара әсерлесу күші , және зарядтарға пропорционал және олардың ара қашықтығының квадратына кері пропорционал.

күші өзара әсерлесетін екі зарядты қосатын түзу бойымен бағытталады, яғни центральді болып табылады. әр аттас болған кезде тартылады, аттас болған кезде тебіледі (). заряды тарапынан зарядына әсер ететін күш векторлық түрде:

зарядына заряды тарапынан әсер ететін күш

- фундаментальды физикалық тұрақтылар қатарын жататын электрлік тұрақты:

немесе . Онда: .

мұндағы фарад (Ф) – электр сыйымдылығының өлшем бірлігі.

Егер әсерлесетін зарядтар изотропты ортада орналасса, онда кулондық күш

мұндағы - ортаның диэлектрлік өтімділігі - өлшемсіз шама, ол берілген ортадағы зарядтардың өзара әсерлесу күші , вакуумдағы әсерлесу күшінен қанша есе аз екендігін көрсетеді.

Вакуумның диэлектрлік өтімділігі . Ұқсас диэлектриктер және олардың қасиеттері туралы төменде анығырақ қарастырылған (т.15).

Механикадағы кез-келген денені материалдық нүктенің жиынтығы деп санағандай, соған ұқсас кез келген зарядталған денені нүктелік зарядтың жиынтығы ретінде қарастыруға болады.

Сондықтан бір зарядталған дененің екінші денеге әсерінің электростатикалық күші бірінші дененің әрбір нүктелік зарядының тарапынан екінші дененің барлық нүктелік зарядына түсірілген күштердің геометриялық қосындысына тең.

Көбіне зарядталған денедегі зарядтар кейбір сызық (мысалы, зарядталған жұқа стержень жағдайында), бет ( мысалы, зарядталған пластина жағдайында) немесе көлем бойында үздіксіз таралған деп санаған ыңғайлы болады.

Сәйкес зарядтардың сызықтық, беттік, көлемдік тығыздығы деген ұғым пайдаланылады.

Электр зарядының көлемдік тығыздығы ,

мұндағы, - зарядталған дененің көлемі аздаған элементінің заряды.

Электр зарядтарының беттік тығыздығы ,

мұндағы, - зарядталған беттің ауданының аздаған бөлігінің заряды.

Электр зарядының сызықтық тығыздығы ,

мұндағы, - зарядталған сызықтың ұзындығы элементар бөлігінің заряды.

Электр өрісінің кернеулігі.

Электростатикалық өріс дегеніміз қозғалмайтын электр зарядының жасайтын өрісі.

Электростатикалық өріс екі шамамен сипатталады: потенциалмен(өрістің энергетикалық скаляр сипаты) және кернеулікпен (өрістің күштік векторлық сипаттамасы).

Электростатикалық өріс кернеулігі – өрістің берілген нүктесіне қойылған бірлік оң зарядқа әсер ететін күшпен анықталатын векторлық шама

Электростатикалық өрістің кернеулігінің өлшем бірлігі – Ньютон /Кулон (Н/Кл); 1 Н/Кл=1 В/м, мұндағы В (вольт) – электр өрісінің потенциалының өлшем бірлігі.

Вакуумдағы нүктелік зарядтың кернеулігі (және диэлектриктегі).

()

мұндағы - өрістің берілген нүктесін зарядпен қосатын радиус – вектор.

Скаляр түрде

векторының бағыты оң зарядқа әсер ететін күштің бағытымен дәл келеді.

Егер өрісті оң заряд жасаса, онда векторының бағыты радиус – вектор бойымен зарядтан сыртқы кеңістікке қарай бағытталады (сыншы оң зарядты тебілу). Егер өрісті теріс таңбалы заряд жасаса, онда векторы зарядқа қарай бағытталады (тартылу).

Электростатикалық өріс график түрінде кернеулік сызықтарының көмегімен бейнеленеді. Кернеулік сызықтары дегеніміз әр нүктесіндегі жанамасы векторының бағытымен дәл келетін сызық (а-суреті). Кернеулік сызықтарының бағыты кернеулік векторының бағытымен бағыттас. Кеңістіктің берілген нүктесінде кернеуліктің бір ғана бағыты болады, сондықтан кернеулік сызықтары еш уақытта қиылыспайды.

Біртекті өріс үшін (кез келген нүктедегі кернеулік модулі және бағыты тұрақты) кернеулік сызығы кернеулік векторына параллель.

Егер өрісті нүктелік заряд жасаса, онда кернеулік сызықтары радиал түзулер болады. Егер заряд оң таңбалы болса, одан шығатын, ал теріс таңбалы болса оған енетін түзу болады. (б-сурет)

Бақылау сұрақтары.

1. Электростатика.
2. Электр зарядының өзара әсерлесуі. Электр зарядының сақталу заңы.
3. Кулон заңы.
4. Зарядтардың беттік, сызықтық, көлемдік тығыздығы.
5. Электр өрісі. Электр өрісінің кернеулілігі.
6. Суперпозиция принципі.
7. Ортаның диэлектрлік өтімділігі.
8. Электрлік диполь.