Լարվածությունը որոշված ​​է. էլեկտրական լարումը. Սահմանում, տեսակներ, չափման միավորներ: Կետային վճարների դաշտերը

Դասի նպատակը.տալ էլեկտրական դաշտի ուժի հայեցակարգը և դրա սահմանումը դաշտի ցանկացած կետում:

Դասի նպատակները.

  • էլեկտրական դաշտի ուժի հայեցակարգի ձևավորում; տալ լարվածության գծերի հայեցակարգը և էլեկտրական դաշտի գրաֆիկական պատկերը.
  • Սովորեցրեք ուսանողներին կիրառել E \u003d kq / r 2 բանաձևը լարվածությունը հաշվարկելու պարզ խնդիրներ լուծելիս:

Էլեկտրական դաշտն է հատուկ ձևնյութ, որի գոյության մասին կարելի է դատել միայն իր գործողությամբ։ Փորձնականորեն ապացուցվել է, որ կան երկու տեսակի լիցքեր, որոնց շուրջ կան էլեկտրական դաշտեր, որոնք բնութագրվում են ուժի գծերով։

Դաշտը գրաֆիկորեն պատկերելով՝ պետք է հիշել, որ էլեկտրական դաշտի ուժգնության գծերը.

  1. ոչ մի տեղ մի հատվեք միմյանց հետ.
  2. սկիզբ ունեն դրական լիցքի վրա (կամ անվերջության վրա) և ավարտը բացասական լիցքի վրա (կամ անսահմանության վրա), այսինքն՝ դրանք բաց գծեր են.
  3. մեղադրանքների միջև ոչ մի տեղ չեն ընդհատվում:

Նկ.1

Դրական լիցքավորման ուժի գծեր.


Նկ.2

Բացասական լիցքավորման ուժի գծեր.


Նկ.3

Նման փոխազդող լիցքերի ուժային գծեր.


Նկ.4

Հակառակ փոխազդող լիցքերի ուժային գծեր.


Նկ.5

Էլեկտրական դաշտի հզորության բնութագիրը ինտենսիվությունն է, որը նշվում է E տառով և ունի չափման միավորներ կամ. Լարվածությունը վեկտորային մեծություն է, քանի որ այն որոշվում է Կուլոնյան ուժի հարաբերակցությամբ միավոր դրական լիցքի արժեքին

Կուլոնի օրենքի բանաձևի և ուժի բանաձևի փոխակերպման արդյունքում մենք ունենք դաշտի ուժի կախվածությունը այն հեռավորությունից, որով այն որոշվում է տվյալ լիցքի նկատմամբ։

որտեղ: կ– համաչափության գործակից, որի արժեքը կախված է էլեկտրական լիցքի միավորների ընտրությունից:

SI համակարգում N m 2 / Cl 2,

որտեղ ε 0-ը էլեկտրական հաստատուն է, որը հավասար է 8,85 10 -12 C 2 /N m 2;

q-ը էլեկտրական լիցքն է (C);

r-ը լիցքից մինչև այն կետը, որտեղ ինտենսիվությունը որոշվում է, հեռավորությունն է:

Լարվածության վեկտորի ուղղությունը համընկնում է Կուլոնյան ուժի ուղղության հետ։

Էլեկտրական դաշտը, որի ուժը տարածության բոլոր կետերում նույնն է, կոչվում է միատարր: Տարածության սահմանափակ հատվածում էլեկտրական դաշտը կարելի է համարել մոտավորապես միատեսակ, եթե դաշտի ուժգնությունը այս տարածաշրջանում աննշանորեն փոխվում է:

Մի քանի փոխազդող լիցքերի դաշտի ընդհանուր ուժը հավասար կլինի ուժի վեկտորների երկրաչափական գումարին, որը դաշտերի սուպերպոզիցիային սկզբունքն է.

Դիտարկենք լարվածությունը որոշելու մի քանի դեպք:

1. Թող փոխազդեն երկու հակադիր լիցքեր: Նրանց միջև տեղադրում ենք կետային դրական լիցք, այնուհետև այս պահին կգործեն երկու ինտենսիվության վեկտորներ՝ ուղղված նույն ուղղությամբ.

Համաձայն դաշտերի սուպերպոզիցիայի սկզբունքի՝ դաշտի ընդհանուր ուժը տվյալ կետում հավասար է E 31 և E 32 ուժգնության վեկտորների երկրաչափական գումարին։

Լարվածությունը տվյալ կետում որոշվում է բանաձևով.

E \u003d kq 1 / x 2 + kq 2 / (r - x) 2

որտեղ՝ r-ն առաջին և երկրորդ լիցքավորման միջև եղած հեռավորությունն է.

x-ը առաջինի և կետային լիցքի միջև եղած հեռավորությունն է:


Նկ.6

2. Դիտարկենք այն դեպքը, երբ անհրաժեշտ է գտնել ինտենսիվությունը երկրորդ լիցքից a հեռավորության վրա գտնվող մի կետում: Եթե ​​հաշվի առնենք, որ առաջին լիցքի դաշտն ավելի մեծ է, քան երկրորդ լիցքի դաշտը, ապա դաշտի տվյալ կետում ինտենսիվությունը հավասար է E 31 և E 32 ինտենսիվության երկրաչափական տարբերությանը։

Տվյալ կետում լարվածության բանաձևը հետևյալն է.

E \u003d kq1 / (r + a) 2 - kq 2 / a 2

Որտեղ՝ r-ը փոխազդող լիցքերի միջև հեռավորությունն է.

a-ն երկրորդի և կետային լիցքի միջև եղած հեռավորությունն է:


Նկ.7

3. Դիտարկենք օրինակ, երբ անհրաժեշտ է որոշել դաշտի ուժգնությունը և՛ առաջին, և՛ երկրորդ լիցքից որոշ հեռավորության վրա, այս դեպքում առաջինից r և երկրորդ լիցքավորումից b հեռավորության վրա: Քանի որ նույնանուն լիցքերը վանում են և, ի տարբերություն լիցքերի, ձգվում են, մենք ունենք երկու լարվածության վեկտոր, որոնք բխում են մեկ կետից, ապա դրանց ավելացման համար կարող եք կիրառել մեթոդը զուգահեռագծի հակառակ անկյունում կլինի ընդհանուր լարվածության վեկտորը: Պյութագորասի թեորեմից մենք գտնում ենք վեկտորների հանրահաշվական գումարը.

E \u003d (E 31 2 + E 32 2) 1/2

Հետևաբար.

E \u003d ((kq 1 / r 2) 2 + (kq 2 / b 2) 2) 1/2


Նկ.8

Այս աշխատանքի հիման վրա հետևում է, որ դաշտի ցանկացած կետում ինտենսիվությունը կարող է որոշվել՝ իմանալով փոխազդող լիցքերի մեծությունը, յուրաքանչյուր լիցքից մինչև տվյալ կետ հեռավորությունը և էլեկտրական հաստատունը:

4. Թեմայի ֆիքսում.

Ստուգման աշխատանք.

Տարբերակ թիվ 1.

1. Շարունակեք արտահայտությունը. «էլեկտրոստատիկան ...

2. Շարունակի՛ր արտահայտությունը՝ էլեկտրական դաշտը ....

3. Ինչպե՞ս են ուղղված այս լիցքի ուժի գծերը:

4. Որոշեք մեղադրանքի նշանները.

Տնային առաջադրանքներ.

1. Երկու լիցք q 1 = +3 10 -7 C և q 2 = −2 10 -7 C գտնվում են վակուումում՝ միմյանցից 0,2 մ հեռավորության վրա։ Որոշեք դաշտի ուժգնությունը C կետում, որը գտնվում է լիցքերը միացնող գծի վրա, 0,05 մ հեռավորության վրա լիցքից q 2 աջ:

2. Դաշտի ինչ-որ կետում 5 10 -9 C լիցքի վրա գործում է 3 10 -4 N ուժ: Գտեք դաշտի ուժգնությունը այս կետում և որոշեք դաշտը ստեղծող լիցքի մեծությունը, եթե կետը դրանից 0,1 մ հեռավորության վրա։

էլեկտրական դաշտ

Էլեկտրական դաշտ (ստատիկ) - դաշտանշարժ , էլեկտրական լիցքավորված հեռ.,որոնց մեղադրանքները չեն փոխվում ժամանակին.

Հայտնաբերվել է էլեկտրական դաշտ ինչպես լիցքավորված մարմինների ուժային փոխազդեցությունը.

Միաժամանակ առանձնացնում են դրական և բացասական լիցքեր: (վճարների տեսակները )

Միևնույն նշանի լիցքերը վանում են միմյանց, հակառակ նշանի լիցքերը ձգում են. (լիցքավորման փոխազդեցություն)

Էլեկտրական դաշտի հատկությունների նկարագրությունը հիմնված է էմպիրիկորեն հաստատված Կուլոնի օրենքի վրա։

Կուլոնի օրենքը . Հանգիստ վիճակում գտնվող լիցքերի միջև կա լիցքերի արտադրյալին համամասնական ուժ, հակադարձ համեմատական ​​նրանց միջև հեռավորության քառակուսու վրա և ուղիղ գծով ուղղված մի լիցքից մյուսը:(նկ. 1.1):

(1.1)

որտեղ Ֆ, լիցքի վրա ազդող ուժն է ք

r 2 - լիցքերի միջև քառակուսի հեռավորությունը ք 1 և ք 2

Ֆ 2 լիցքի վրա ազդող ուժն է ք 2

r 0 21 - երկրորդ լիցքից առաջինին ուղղված միավորի վեկտորը.

e 0 \u003d 8,854 10-12 F / m - էլեկտրական հաստատուն.

կետային վճարներ կարող ենք դիտարկել լիցքավորված մարմիններ, որոնց չափերը փոքր են՝ համեմատած նրանց միջև եղած հեռավորության հետ։

Հիմնական միավորներ :

ուժ միջազգային ասպարեզում միավորների համակարգ (SI) - Նյուտոն(H);

գանձել - կախազարդ(C): 1 C = 1 A s;

երկարությունը - մետր(մ).

Էլեկտրական դաշտը բնութագրող հիմնական մեծությունները , են

լարում,

էլեկտրական ներուժև

պոտենցիալ տարբերությունը կամ լարումը

լարում էլեկտրական դաշտ կոչվում է իր ուժերի ինտենսիվության չափը, որը հավասար է ուժի հարաբերակցությանըՖ , վավեր է փորձարկման համարպինդ կետային լիցքավորումք, ներմուծված դաշտի դիտարկվող կետում, լիցքի արժեքին

(1.2)

Ինչպես նաև F ուժը, էլեկտրական դաշտի ուժգնությունը ε - վեկտորային քանակություն, այսինքն. բնութագրվում է իմաստով և գործողության ուղղությամբ:

Հիմնական SI էլեկտրական դաշտի ուժի միավոր - վոլտ մեկ մետրի համար(Վտ / մ):

Բանաձևից (1.1) հետևում է, որ կետային լիցքի էլեկտրական դաշտի ուժը ք հեռավորության վրա r դրանից հավասար է

(1-3)

և ուղղվում է լիցքի գտնվելու վայրից մինչև լարվածության որոշման կետը, եթե լիցքը դրական է (նկ. 1.2, ա),

Բրինձ. 1.2, ա

և հակառակ ուղղությամբ, եթե լիցքը բացասական է (նկ. 1.2, բ).

1.2 բ

Եթե ​​կան մի քանի լիցքեր, որոնք ստեղծում են էլեկտրական դաշտ, ապա դաշտի ցանկացած կետում ինտենսիվությունը հավասար է դրանցից յուրաքանչյուրից առանձին վերցրած ինտենսիվությունների երկրաչափական գումարին։ ( լարում էլեկտրաստատիկ դաշտբազմակի գանձումներ )

Օրինակ 1.1. Որոշեք էլեկտրական դաշտի ուժի արժեքը և ուղղությունը մի կետում ԲԱՅՑ,գտնվում է հեռավորության վրա r 1 = 1 մ և r 2 = 2 մ կետային վճարներից

ք 1 = 1,11 10 -10 Cl և ք 2 = -4,44- 10 -10 Cl (նկ. 1.3):

Լուծում.Բանաձևի համաձայն (1.3) մենք որոշում ենք էլեկտրական դաշտի ուժը կետում ԲԱՅՑ ակցիայից «կետային մեղադրանքներ ք 1 = և ք 2

Լարվածության վեկտորի ուղղությունները համընկնում է փորձնական դրական կետային լիցքի վրա ուժերի գործողության ուղղություններին, եթե այն տեղադրված է մի կետում ԲԱՅՑ .

Ստացված էլեկտրական դաշտի ուժը մի կետում ԲԱՅՑուղղված է ուղղանկյուն եռանկյունու հիպոթենուզայի երկայնքով, որի ոտքերը սթրեսի վեկտորներն են և դա կարևոր է

Դուք կարող եք խոսել այն մասին վեկտորային դաշտ և ցուցադրել այս դաշտը վեկտորային գծեր -ուժային գծեր .

Եթե ​​էլեկտրական դաշտի ուժգնությունը բոլոր կետերում նույնն է, ապա դաշտ միատարր , օրինակ՝ անսահման չափսերով միատեսակ լիցքավորված հարթ ափսեի դաշտը (նկ. 1.4),

իսկ եթե տարբեր է, ապա դաշտը միատարր չէ , օրինակ՝ երկու կետային լիցքերի դաշտը (նկ. 1.5):

Լիցքավորման երկարությամբ կամայական հատվածով շարժվելիս ք էլեկտրական դաշտում դաշտային ուժերի ազդեցության տակ Ֆ աշխատանքն արված է

Որտեղ Աշխատանք կամայական փակ եզրագծի երկայնքով լիցքավորման փոխանցման վրա զրո .

Իրոք, քանի որ դաշտի բոլոր հատկությունները որոշվում են լիցքերի հարաբերական դասավորությամբ, լիցքի փոխանցումը փակ շղթայի երկայնքով և վերադարձը մեկնարկային կետ նշանակում է լիցքի սկզբնական բաշխում և էներգիայի պաշար: Սա նաև նշանակում է, որ հաշվի առնելով (1.4) ինտենսիվության վեկտորի շրջանառությունը հավասար է զրոյի.

Վիճակը (1.5) թույլ է տալիս մեզ բնութագրել էլեկտրական դաշտը յուրաքանչյուր կետում իր կոորդինատների գործառույթով. էլեկտրական ներուժ .

Էլեկտրական ներուժ սրանում էլեկտրական դաշտի կետ հաշվի առնելով (1.4) թվայինորեն հավասար է այն աշխատանքին, որը կարող են անել էլեկտրական դաշտի ուժերը, երբ միավորի դրական լիցքը տեղափոխում են տվյալ կետից մի կետ, որի պոտենցիալը ենթադրվում է զրոյական:

Պոտենցիալ տարբերություներկու 1 և 2 կետեր, կամ Լարման 1-ին և 2-րդ կետերի միջև, էլեկտրական դաշտ

(1.7)

թվայինորեն հավասար է այն աշխատանքին, որը կարող են անել էլեկտրական դաշտի ուժերը՝ միավորի դրական լիցքը մի կետից փոխանցելիս1 ճիշտ2 .

SI էլեկտրական ներուժի միավոր - վոլտ(AT):

Կուլոնի օրենքը

կետային լիցքավորում

0 դրանք.

Գծե՛ք շառավիղի վեկտոր r r լիցքից քդեպի ք r r. Նա հավասար է r r .

Ուժի հարաբերակցությունը Ֆ ք լարում և նշվում է Ե r. Ապա.

1 N/C = 1/1 C,դրանք. 1 N/Cl-

Կետային լիցքի դաշտի ուժը:

Եկեք գտնենք լարվածությունը Եկետային լիցքից առաջացած էլեկտրաստատիկ դաշտ ք, գտնվում է միատարր իզոտրոպ դիէլեկտրիկում, նրանից առանձնացված մի կետում, հեռավորության վրա. r. Եկեք մտովի տեղադրենք փորձնական լիցքավորում այս պահին ք 0 . Հետո .

Այսպիսով, մենք ստանում ենք դա

շառավղով վեկտորը, որը կազմված է լիցքից քմինչև այն կետը, որտեղ որոշվում է դաշտի ուժը: Վերջին բանաձևից հետևում է, որ դաշտի ուժգնության մոդուլը.

Այսպիսով, վակուումում կետային լիցքով ստեղծված էլեկտրաստատիկ դաշտի ցանկացած կետում լարվածության մոդուլը համամասնական է լիցքի մեծությանը և հակադարձ համեմատական ​​է լիցքից մինչև լարվածությունը որոշվող հեռավորության քառակուսին:

Դաշտերի սուպերպոզիցիա

Եթե ​​էլեկտրական դաշտը ստեղծվում է կետային լիցքերի համակարգով, ապա դրա ինտենսիվությունը հավասար է դաշտերի ուժգնության վեկտորային գումարին, որը ստեղծված է յուրաքանչյուր լիցքից առանձին, այսինքն. . Այս հարաբերակցությունը կոչվում է դաշտերի սուպերպոզիցիայի (վերածման) սկզբունքը. Դաշտերի սուպերպոզիցիայի սկզբունքից բխում է նաև, որ կետային լիցքերի համակարգի կողմից որոշակի կետում ստեղծված ϕ պոտենցիալը հավասար է յուրաքանչյուր լիցքի կողմից առանձին-առանձին նույն կետում ստեղծված պոտենցիալների հանրահաշվական գումարին, այսինքն. Հնարավորության նշանը նույնն է, ինչ լիցքի նշանը q iհամակարգի անհատական ​​վճարները:

Լարվածության գծեր

Էլեկտրական դաշտի տեսողական ներկայացման համար օգտագործեք լարվածության գծեր կամ ուժային գծեր , այսինքն. գծեր, որոնց յուրաքանչյուր կետում էլեկտրական դաշտի ուժգնության վեկտորը շոշափելիորեն ուղղված է նրանց: Սա հասկանալու ամենահեշտ ձևը օրինակով է միասնական էլեկտրաստատիկ դաշտ, դրանք. դաշտ, որի յուրաքանչյուր կետում ինտենսիվությունը մեծությամբ և ուղղությամբ նույնն է։ Այս դեպքում լարվածության գծերը գծված են այնպես, որ գծերի քանակը Ֆ E, որը անցնում է հարթ տարածքի միավոր տարածքով Սգտնվում է սրանց ուղղահայաց

գծեր, հավասար կլինի մոդուլին Եայս դաշտի ուժը, այսինքն.

Եթե ​​դաշտը անհամասեռ է, ապա անհրաժեշտ է ընտրել տարրական տարածք dS, ուղղահայաց լարման գծերին, որոնց սահմաններում դաշտի ուժգնությունը կարելի է համարել հաստատուն։

որտեղ E-ն այս տարածք ներթափանցող լարվածության գծերի թիվն է, այսինքն. էլեկտրական դաշտի ուժի մոդուլը հավասար է լարվածության գծերի քանակին մեկ միավորի տարածքի վրա, որը ուղղահայաց է դրան:

Գաուսի թեորեմ

Թեորեմ. ցանկացած փակ մակերևույթի միջով էլեկտրաստատիկ դաշտի ուժգնության հոսքը հավասար է դրա ներսում պարփակված լիցքերի հանրահաշվական գումարին` բաժանված էլեկտրական հաստատունի և միջավայրի թույլատրելիության վրա:

Եթե ​​ինտեգրումը կատարվում է ամբողջ ծավալով Վ, որի երկայնքով բաշխվում է վճարը։ Այնուհետև ինչ-որ մակերեսի վրա լիցքի շարունակական բաշխմամբ Ս 0 Գաուսի թեորեմը գրված է հետևյալ կերպ.

Ծավալային բաշխման դեպքում.

Գաուսի թեորեմը կապված է լիցքի մեծության և դաշտի ուժի հետ, որը ստեղծում է: Սա որոշում է այս թեորեմի նշանակությունը էլեկտրաստատիկայում, քանի որ այն թույլ է տալիս հաշվարկել ինտենսիվությունը՝ իմանալով լիցքերի գտնվելու վայրը տարածության մեջ։

Էլեկտրական դաշտի շրջանառություն.

Արտահայտությունից

հետևում է նաև, որ երբ լիցքը փոխանցվում է փակ ճանապարհով, այսինքն՝ երբ լիցքը վերադառնում է իր սկզբնական դիրքին, r 1 = r 2 և Ա 12 = 0. Հետո գրում ենք

Լիցքի վրա գործող ուժ ք 0-ը հավասար է. Հետեւաբար, մենք վերագրում ենք վերջին բանաձեւը ձեւով

Նորություններ էլեկտրաստատիկ դաշտ ըստ ուղղության Այս հավասարության երկու կողմերը բաժանելով ք 0, մենք գտնում ենք.

Առաջին հավասարությունն է էլեկտրական դաշտի ուժի շրջանառություն .

Կոնդենսատորներ

Կոնդենսատորները երկու հաղորդիչներ են, որոնք շատ մոտ են միմյանց և բաժանված են դիէլեկտրական շերտով: Կոնդենսատորի հզորություն - կոնդենսատորի կարողությունը լիցքեր կուտակելու իր վրա: դրանք. կոնդենսատորի հզորությունը ֆիզիկական մեծություն է, հավասար է կոնդենսատորի լիցքի հարաբերակցությանը նրա թիթեղների միջև պոտենցիալ տարբերությանը:Կոնդենսատորի հզորությունը, ինչպես հաղորդիչի հզորությունը, չափվում է ֆարադներով (F). 1 F-ն այդպիսի կոնդենսատորի հզորությունն է, երբ նրան 1 C լիցք է հաղորդում, նրա թիթեղների միջև պոտենցիալ տարբերությունը փոխվում է 1 Վ-ով:

Էլեկտրական էներգիա դաշտերը

Լիցքավորված հաղորդիչների էներգիան պահվում է էլեկտրական դաշտի տեսքով։ Ուստի նպատակահարմար է դա արտահայտել այս ոլորտը բնորոշող լարվածության միջոցով։ Դա ամենահեշտն է անել հարթ կոնդենսատորի համար: Այս դեպքում, որտեղ դ- թիթեղների միջև հեռավորությունը և . Այստեղ ε0-ը էլեկտրական հաստատունն է, ε՝ կոնդենսատորը լցնող դիէլեկտրիկի թույլատրելիությունը, Ս- յուրաքանչյուր երեսպատման տարածքը. Փոխարինելով այս արտահայտությունները՝ ստանում ենք Այստեղ V=Sd- դաշտի զբաղեցրած ծավալը, ծավալին հավասարկոնդենսատոր:

Աշխատանքը և ընթացիկ հզորությունը:

Էլեկտրական հոսանքի աշխատանքըԷլեկտրական շղթայում ստեղծված էլեկտրական դաշտի ուժերի կողմից կատարված աշխատանքը կոչվում է, երբ լիցքը շարժվում է այս շղթայի երկայնքով:

Թող հաղորդիչի ծայրերին կիրառվի մշտական ​​պոտենցիալ տարբերություն (լարում): U=ϕ1− ϕ2.

Ա=ք(ϕ1−ϕ2) = qU.

Սա հաշվի առնելով՝ ստանում ենք

Օհմի օրենքի կիրառում շղթայի միատարր հատվածի համար

U=IR, որտեղ Ռ- դիրիժորի դիմադրությունը, մենք գրում ենք.

A=I 2 Rt.

Աշխատանք Աավարտված է ժամանակին տ, հավասար կլինի տարրական աշխատանքների գումարին, այսինքն.

Ըստ սահմանման՝ էլեկտրական հոսանքի հզորությունը հավասար է P = A / t. Ապա.

SI միավորների համակարգում էլեկտրական հոսանքի աշխատանքը և հզորությունը չափվում են համապատասխանաբար ջոուլներով և վտներով։

Ջուլ-Լենցի օրենքը.

Մետաղում շարժվող էլեկտրոնները էլեկտրական դաշտի ազդեցության տակ, ինչպես արդեն նշվել է, շարունակաբար բախվում են իոնների հետ։ բյուրեղյա վանդակ, նրանց փոխանցելով կարգավորված շարժման իր կինետիկ էներգիան։ Սա հանգեցնում է մետաղի ներքին էներգիայի ավելացմանը, այսինքն. այն տաքացնելու համար։ Ըստ էներգիայի պահպանման օրենքի՝ հոսանքի ամբողջ աշխատանքը Ագնում է դեպի ջերմության ազատում Ք, այսինքն. Q=A. Մենք գտնում ենք, որ այս հարաբերակցությունը կոչվում է Ջուլի օրենքը Լենց .

Ամբողջական գործող օրենք.

Ինդուկցիոն շրջանառություն մագնիսական դաշտըկամայական փակ շղթայի երկայնքով հավասար է մագնիսական հաստատունի, մագնիսական թափանցելիության և այս շղթայով ծածկված հոսանքների հզորությունների հանրահաշվական գումարի արտադրյալին:

Ընթացիկ ուժը կարելի է գտնել՝ օգտագործելով ընթացիկ խտությունը j:

որտեղ Ս- դիրիժորի խաչմերուկի տարածքը. Այնուհետև գործող ընդհանուր օրենքը գրվում է հետևյալ կերպ.

մագնիսական հոսք.

Մագնիսական հոսք որոշ մակերեսովանվանել այն ներթափանցող մագնիսական ինդուկցիայի գծերի թիվը:

Թող լինի մակերեսով մակերես Ս. Դրա միջով մագնիսական հոսքը գտնելու համար մակերեսը մտովի բաժանում ենք տարրական հատվածների՝ տարածքով dS, որոնք կարելի է համարել հարթ, իսկ դրանց ներսում դաշտը միատարր է։ Այնուհետեւ տարրական մագնիսական հոսքը B այս մակերեսով հավասար է.

Մագնիսական հոսք ամբողջ մակերեսով հավասար է գումարինայս հոսքերը՝ , այսինքն՝

. SI միավորներում մագնիսական հոսքը չափվում է վեբերներով (Wb):

Ինդուկտիվություն.

Փակ շղթայի միջով թողեք հաստատուն հոսանք ուժով Ի. Այս հոսանքն իր շուրջը ստեղծում է մագնիսական դաշտ, որը թափանցում է հաղորդիչի ծածկած տարածքը՝ ստեղծելով մագնիսական հոսք։ Հայտնի է, որ մագնիսական հոսքը Ֆ B-ն համաչափ է մագնիսական դաշտի մոդուլին Բև հոսանք կրող հաղորդիչի շուրջ առաջացող մագնիսական դաշտի ինդուկցիայի մոդուլը համաչափ է ընթացիկ ուժին Ի.Հետեւաբար ՖԲ ~B~I, այսինքն. ՖԲ = LI.

L համամասնության գործակիցը հոսանքի ուժգնության և մագնիսական հոսքի միջև, որը ստեղծված է այս հոսանքի միջոցով հաղորդիչով սահմանափակված տարածքով, կանչեց դիրիժորի ինդուկտիվություն .

SI համակարգում ինդուկտիվությունը չափվում է հենրիներով (H):

solenoid ինդուկտիվություն.

Դիտարկենք երկարությամբ սոլենոիդի ինդուկտիվությունը լ, լայնական կտրվածքով Սև հետ ընդհանուր թիվըշրջվում է Ն, լցված մագնիսական թափանցելիությամբ նյութով μ. Այս դեպքում մենք վերցնում ենք այնպիսի երկարության solenoid, որ այն կարելի է համարել անսահման երկար։ Երբ նրա միջով հոսում է ուժով Իդրա ներսում ստեղծվում է միատեսակ մագնիսական դաշտ՝ ուղղահայաց ուղղահայաց կծիկների հարթություններին։ Այս դաշտի մագնիսական ինդուկցիայի մոդուլը հայտնաբերվում է բանաձևով

B=μ0μ ոչ,

մագնիսական հոսք Ֆ B-ն էլեկտրամագնիսականի ցանկացած պտույտի միջոցով է Ֆ B= Բ.Ս(տես (29.2)), և էլեկտրամագնիսական սարքի բոլոր պտույտների միջով Ψ ընդհանուր հոսքը հավասար կլինի յուրաքանչյուր պտույտի միջով անցնող մագնիսական հոսքերի գումարին, այսինքն. Փ = NF B= NBS.

N = nl, ստանում ենք՝ Ψ = μ0μ = n 2 lSI =μ0μ n 2 VI

Մենք եզրակացնում ենք, որ էլեկտրամագնիսական ինդուկտիվությունը հավասար է.

L =μμ0 n 2 Վ

Մագնիսական դաշտի էներգիան.

Էլեկտրական շղթայում թողեք ուղղակի հոսանք ուժով Ի. Եթե ​​անջատեք ընթացիկ աղբյուրը և փակեք միացումը (անջատիչ Պշարժվել դիրքի մեջ 2 ), ապա դրա մեջ որոշ ժամանակ կհոսի նվազող հոսանք՝ էմֆ-ի պատճառով։ ինքնադրսևորում .

Էմֆ-ի կատարած տարրական աշխատանքը. ինքնուրույն ինդուկցիա շղթայի երկայնքով փոխանցման միջոցով տարրական լիցքավորում dq = I dt, հավասար է Ընթացիկ ուժը տատանվում է Իդեպի 0. Հետևաբար, ինտեգրելով այս արտահայտությունը նշված սահմաններում, մենք ստանում ենք emf-ի կատարած աշխատանքը։ Ինքնասինդուկցիա այն ժամանակի համար, որի ընթացքում տեղի է ունենում մագնիսական դաշտի անհետացումը. . Այս աշխատանքը ծախսվում է հաղորդիչների ներքին էներգիայի ավելացման վրա, այսինքն. դրանք տաքացնելու համար։ Այս ստեղծագործության կատարումն ուղեկցվում է նաև մագնիսական դաշտի անհետացումով, որն ի սկզբանե գոյություն է ունեցել դիրիժորի շուրջ։

Հոսանք կրող հաղորդիչների շուրջ գոյություն ունեցող մագնիսական դաշտի էներգիան է

ՎԲ = LI 2 / 2.

մենք դա ստանում ենք

Էլեկտրամագնիսական դաշտի ներսում մագնիսական դաշտը միատեսակ է: Հետեւաբար, ծավալային էներգիայի խտությունը w B մագնիսական դաշտ, այսինքն. solenoid-ի ներսում դաշտի միավոր ծավալի էներգիան հավասար է.

Vortex էլեկտր. դաշտ.

Էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի Ֆարադեի օրենքից հետևում է, որ հաղորդիչի ծածկած տարածք ներթափանցող մագնիսական հոսքի ցանկացած փոփոխության դեպքում դրա մեջ առաջանում է էմֆ: ինդուկցիա, որի գործողության ներքո հաղորդիչում առաջանում է ինդուկցիոն հոսանք, եթե հաղորդիչը փակ է։

Էմֆը բացատրելու համար։ Ինդուկցիա, Մաքսվելը ենթադրեց, որ փոփոխական մագնիսական դաշտը շրջակա տարածքում ստեղծում է էլեկտրական դաշտ. Այս դաշտը գործում է դիրիժորի անվճար լիցքերի վրա՝ դրանք բերելով պատվիրված շարժման, այսինքն. ստեղծելով ինդուկտիվ հոսանք: Այսպիսով, փակ հաղորդիչ սխեման մի տեսակ ցուցիչ է, որի օգնությամբ հայտնաբերվում է այս էլեկտրական դաշտը։ Եկեք նշենք այս դաշտի հզորությունը միջոցով Ե r. Այնուհետեւ emf ինդուկցիա

հայտնի է, որ էլեկտրաստատիկ դաշտի ուժի շրջանառությունը զրո է, այսինքն.

Սրանից հետևում է, որ ի. ժամանակի փոփոխվող մագնիսական դաշտով գրգռված էլեկտրական դաշտը հորձանուտ է(ոչ պոտենցիալ).

Հարկ է նշել, որ էլեկտրաստատիկ դաշտի ուժգնության գծերը սկսվում և ավարտվում են դաշտ ստեղծող լիցքերի վրա, իսկ պտտվող էլեկտրական դաշտի ուժգնության գծերը միշտ փակ են։

Կողմնակալ հոսանք

Մաքսվելը ենթադրեց, որ փոփոխական մագնիսական դաշտը ստեղծում է պտտվող էլեկտրական դաշտ։ Նա նաև հակառակ ենթադրությունն արեց. փոփոխական էլեկտրական դաշտը պետք է առաջացնի մագնիսական դաշտ. Հետագայում այս երկու վարկածներն էլ փորձնական հաստատում ստացան Հերցի փորձերում։ Էլեկտրական դաշտի փոփոխությամբ մագնիսական դաշտի տեսքը կարելի է մեկնաբանել այնպես, կարծես տիեզերքում էլեկտրական հոսանք է առաջանում։ Այս հոսանքն անվանել է Մաքսվելը կողմնակալության հոսանքը .

Տեղաշարժման հոսանքը կարող է առաջանալ ոչ միայն վակուումում կամ դիէլեկտրիկում, այլև հաղորդիչներում, որոնց միջով անցնում է փոփոխական հոսանք: Այնուամենայնիվ, այս դեպքում դա աննշան է հաղորդման հոսանքի համեմատ:

Մաքսվելը ներկայացրեց ընդհանուր հոսանքի հայեցակարգը: Ուժ Իընդհանուր հոսանքը հավասար է ուժերի գումարին Իժամը Իտես հաղորդման և տեղաշարժման հոսանքները, այսինքն. Ի= Ի pr + Իտես Մենք ստանում ենք.

Մաքսվելի հավասարումը.

Առաջին հավասարումը.

Այս հավասարումից բխում է, որ էլեկտրական դաշտի աղբյուրը ժամանակի հետ փոփոխվող մագնիսական դաշտն է։

Մաքսվելի երկրորդ հավասարումը.

Երկրորդ հավասարումը.Ամբողջական գործող օրենք Այս հավասարումը ցույց է տալիս, որ մագնիսական դաշտը կարող է առաջանալ երկու շարժվող լիցքերով ( էլեկտրական ցնցում) և փոփոխական էլեկտրական դաշտ:

Տատանումներ.

տատանումներկանչեց գործընթացներ, որոնք բնութագրվում են ժամանակի ընթացքում որոշակի կրկնվողությամբ: Տիեզերքում տատանումների տարածման գործընթացըկանչեց ալիք . Ցանկացած համակարգ, որը կարող է տատանվել կամ, որտեղ կարող են տատանումներ առաջանալ, կոչվում է վիբրացիոն . Այն տատանումները, որոնք տեղի են ունենում տատանողական համակարգ, հավասարակշռությունից դուրս բերված և ինքն իրեն ներկայացված, կոչվում է անվճար թրթռումներ .

Հարմոնիկ թրթռումներ.

Հարմոնիկ տատանումները կոչվում են տատանումներ, որոնցում տատանվող ֆիզիկական մեծությունը փոխվում է ըստ Sin կամ Cos օրենքի։ Լայնություն - սա ամենամեծ արժեքն է, որը կարող է վերցնել տատանվող արժեքը: Հարմոնիկ տատանումների հավասարումներ և

նույնը սինուսի հետ: Չխոնավ տատանումների ժամանակաշրջան կոչվում է մեկ ամբողջական տատանման ժամանակ։ Տատանումների թիվը միավոր ժամանակում կոչվում է տատանումների հաճախականությունը . Տատանումների հաճախականությունը չափվում է հերցով (Հց):

Տատանողական միացում.

Էլեկտրական միացում, որը բաղկացած է ինդուկտիվությունից և հզորությունից, կոչվում է տատանողական միացում

ընդհանուր էներգիա էլեկտրամագնիսական տատանումներշղթայում կա հաստատուն արժեք, ինչպես մեխանիկական թրթռումների ընդհանուր էներգիան:

Երբ տատանվում է, այն միշտ նետում է: էներգիան վերածվում է պոտենցիալ էներգիայի և հակառակը։

Էներգիա Վտատանվող շղթան կազմված է էներգիայից Վ E էլեկտրական դաշտի կոնդենսատոր և էներգիա Վ B մագնիսական դաշտի ինդուկտիվություն

թուլացած թրթռումներ.

Գործընթացներ, որոնք նկարագրված են հավասարմամբ կարելի է համարել տատանողական։ Նրանք կոչվում են խոնավացած տատանումներ . Ամենափոքր բացըժամանակ Տ, որի միջոցով կրկնվում են առավելագույնը (կամ նվազագույնը) կոչվում է թուլացած տատանումների ժամանակաշրջան. Արտահայտությունը դիտվում է որպես խամրված տատանումների ամպլիտուդ: Արժեք Ա 0-ը տատանումների ամպլիտուդն է տվյալ պահին t = 0, այսինքն. սա խոնավացած տատանումների սկզբնական ամպլիտուդն է: β-ի արժեքը, որից կախված է ամպլիտուդի նվազումը, կոչվում է խափանման գործոն .

Նրանք. մարման գործակիցը հակադարձ համեմատական ​​է այն ժամանակին, որի ընթացքում խոնավացած տատանումների ամպլիտուդը նվազում է e անգամ:

Ալիքներ.

Ալիք- սա տարածության մեջ տատանումների (շեղումների) տարածման գործընթացը.

Տիեզերքի տարածք, որի ներսում տեղի են ունենում թրթռումներ., կոչվում է ալիքային դաշտ .

Մակերեւույթ, ալիքային դաշտն առանձնացնելով տարածաշրջանից, որտեղ չկա տատանվել, կանչեց ալիքի ճակատ .

տողեր, որի երկայնքով տարածվում է ալիքը, կոչվում են ճառագայթներ .

Ձայնային ալիքներ.

Ձայնը օդի կամ այլ առաձգական միջավայրի թրթռանքներն են, որոնք ընկալվում են մեր լսողական օրգանների կողմից: Ձայնի թրթռումները, որոնք ընկալվում են մարդու ականջի կողմից, ունեն 20-ից 20000 Հց հաճախականություններ: 20 Հց-ից պակաս հաճախականություններով տատանումները կոչվում են ինֆրաձայնային և ավելի քան 20 կՀց - ուլտրաձայնային .

Ձայնային բնութագրեր.Մենք սովորաբար ձայնը կապում ենք նրա լսողական ընկալման հետ, այն սենսացիաների հետ, որոնք առաջանում են մարդու մտքում: Այս առումով մենք կարող ենք առանձնացնել նրա երեք հիմնական բնութագրերը՝ բարձրությունը, որակը և բարձրությունը:

Ֆիզիկական քանակությունձայնի բարձրությունը բնութագրող է ձայնային ալիքի հաճախականությունը.

Երաժշտության մեջ ձայնի որակը բնութագրելու համար օգտագործվում են տեմբր կամ ձայնի տոնային գունավորում տերմինները։ Ձայնի որակը կարող է կապված լինել ֆիզիկապես չափելի մեծությունների հետ: Այն որոշվում է հնչերանգների առկայությամբ, դրանց քանակով և ամպլիտուդներով:

Ձայնի բարձրությունը կապված է ֆիզիկապես չափելի մեծության՝ ալիքի ինտենսիվության հետ։ Չափված սպիտակներով:

Ջերմային ճառագայթման օրենքները

Ստեֆան-Բոլցմանի օրենքը- ամբողջովին սև մարմնի ճառագայթման օրենքը. Որոշում է բացարձակ սև մարմնի ճառագայթման ուժի կախվածությունը նրա ջերմաստիճանից: Օրենքի ձևակերպումը.

Կիրխհոֆի ճառագայթման օրենքը

Ցանկացած մարմնի արտանետման հարաբերակցությունը նրա կլանման հզորությանը նույնն է բոլոր մարմինների համար՝ տվյալ ջերմաստիճանում տվյալ հաճախականության համար և կախված չէ դրանց ձևից և քիմիական բնույթից։

Ալիքի երկարությունը, որով սև մարմնի ճառագայթման էներգիան առավելագույնն է, որոշվում է Վիենի տեղաշարժի օրենքը: որտեղ Տջերմաստիճանն է կելվիններով, իսկ λ max-ը առավելագույն ինտենսիվությամբ ալիքի երկարությունն է մետրերով։

Ատոմի կառուցվածքը.

Ռադերֆորդի և նրա գործընկերների փորձերը հանգեցրին այն եզրակացության, որ ատոմի կենտրոնում կա խիտ դրական լիցքավորված միջուկ, որի տրամագիծը չի գերազանցում 10–14–10–15 մ–ը։

Ուսումնասիրելով ալֆա մասնիկների ցրումը ոսկե փայլաթիթեղի միջով անցնելիս՝ Ռադերֆորդը եկել է այն եզրակացության, որ ատոմների ողջ դրական լիցքը կենտրոնացած է նրանց կենտրոնում՝ շատ զանգվածային և կոմպակտ միջուկում։ Իսկ բացասական լիցքավորված մասնիկները (էլեկտրոնները) պտտվում են այս միջուկի շուրջ։ Այս մոդելը սկզբունքորեն տարբերվում էր ատոմի Թոմսոնի մոդելից, որն այն ժամանակ տարածված էր, որում դրական լիցքը միատեսակ լցնում էր ատոմի ողջ ծավալը, իսկ էլեկտրոնները ներկառուցված էին դրա մեջ։ Քիչ անց Ռադերֆորդի մոդելը կոչվեց ատոմի մոլորակային մոդել (այն իսկապես նման է Արեգակնային համակարգԾանր միջուկը Արեգակն է, իսկ նրա շուրջը պտտվող էլեկտրոնները՝ մոլորակները):

Ատոմ- քիմիական տարրի քիմիապես անբաժանելի ամենափոքր մասը, որը նրա հատկությունների կրողն է: Ատոմը կազմված է ատոմային միջուկև էլեկտրոններ։ Ատոմի միջուկը կազմված է դրական լիցքավորված պրոտոններից և չլիցքավորված նեյտրոններից։ Եթե ​​միջուկում պրոտոնների թիվը համընկնում է էլեկտրոնների թվի հետ, ապա ատոմը որպես ամբողջություն էլեկտրականորեն չեզոք է։ Հակառակ դեպքում այն ​​ունի որոշակի դրական կամ բացասական լիցք և կոչվում է իոն: Ատոմները դասակարգվում են ըստ միջուկի պրոտոնների և նեյտրոնների քանակի. պրոտոնների թիվը որոշում է, թե արդյոք ատոմը պատկանում է որոշներին քիմիական տարր, իսկ նեյտրոնների թիվը այս տարրի իզոտոպն է։

Տարբեր տեսակի ատոմներ տարբեր քանակությամբ, կապված միջատոմային կապերով, ձևավորում են մոլեկուլներ։

Հարցեր.

1. էլեկտրաստատիկ

2. էլեկտրական լիցքի պահպանման օրենքը

3. Կուլոնի օրենքը

4. էլեկտրական դաշտ.էլեկտրական դաշտի ուժ

6. դաշտերի սուպերպոզիցիա

7. լարվածության գծեր

8. Էլեկտրական դաշտի ուժգնության հոսք-վեկտոր

9. Գաուսի թեորեմ էլեկտրաստատիկ դաշտի համար

10. Գաուսի թեորեմ

11. էլեկտրական դաշտի շրջանառություն

12. ներուժ. Էլեկտրաստատիկ դաշտի պոտենցիալ տարբերություն

13. կապը դաշտային լարման և ներուժի միջև

14.կոնդենսատորներ

15. էներգիայի լիցքավորված կոնդենսատոր

16. էլեկտրական դաշտի էներգիա

17. դիրիժորի դիմադրություն. Օհմի օրենքը մի կտոր շղթայի համար

18. Օհմի օրենքը դիրիժորի հատվածի համար

19. էլեկտրական հոսանքի աղբյուրներ. Էլեկտրաշարժիչ ուժ

20. աշխատանքը և ընթացիկ հզորությունը

21. Ջուլ Լենցի օրենքը

22. մագնիսական դաշտ.մագնիսական դաշտի ինդուկցիա

23. լրիվ գործող օրենք

24. մագնիսական հոսք

25. Մագնիսական դաշտի համար Գաուսի թեորեմ

26. աշխատել հոսանք ունեցող հաղորդիչը մագնիսական դաշտ տեղափոխելու վրա

27. էլեկտրամագնիսների ինդուկցիայի երեւույթ

28. ինդուկտիվություն

29. solenoid ինդուկտիվություն

30. ինքնադրման երևույթ և օրենք

31. մագնիսական դաշտի էներգիա

32. պտտվող էլեկտրական դաշտ

33. կողմնակալության ընթացիկ

34. Մաքսվելի հավասարումը

35. Մաքսվելի երկրորդ հավասարումը

36. երրորդ և չորրորդ Մաքսվելի հավասարումը

37. տատանումներ

38. ներդաշնակ թրթռումներ

39. տատանողական միացում

40. խոնավացած թրթռումներ

41. հարկադիր թրթռումներ. Ռեզոնանսային երևույթ

43. հարթ մոնոխրոմատիկ ալիքային հավասարում

44. ձայնային ալիքներ

45. Լույսի ալիքային և կորպուսուլյար հատկությունները

46. ​​Ջերմային ճառագայթումը և դրա բնութագրերը.

47. Ջերմային ճառագայթման օրենքներ

48. Ատոմի կառուցվածքը.

Կուլոնի օրենքը

Փոխազդեցության ուժը հայտնաբերվում է այսպես կոչված կետային լիցքերի համար:

կետային լիցքավորումկոչվում է լիցքավորված մարմին, որի չափերը աննշան են՝ համեմատած մյուս լիցքավորված մարմինների հեռավորության հետ, որոնց հետ այն փոխազդում է։

Կետային լիցքերի փոխազդեցության օրենքը հայտնաբերվել է Կուլոնի կողմից և ձևակերպված է հետևյալ կերպ. Երկու անշարժ լիցքերի q և q փոխազդեցության ուժի մոդուլ F 0 համեմատական ​​է այս լիցքերի արտադրյալին, հակադարձ համեմատական ​​է նրանց միջև r հեռավորության քառակուսուն, դրանք.

որտեղ ε0-ը էլեկտրական հաստատունն է, ε՝ միջավայրը բնութագրող թույլատրելիությունը: Այս ուժն ուղղված է լիցքերը միացնող ուղիղ գծի երկայնքով։ Էլեկտրական հաստատունը ε0 = 8,85⋅10–12 C2/(N⋅m2) կամ ε0 = 8,85⋅10–12 F/m է, որտեղ ֆարադը (F) էլեկտրական հզորության միավորն է։ Կուլոնի օրենքը վեկտորային ձևով կգրվի.

Գծե՛ք շառավիղի վեկտոր r r լիցքից քդեպի ք 0. Ներկայացնենք միավոր վեկտոր, որն ուղղված է վեկտորի նույն ուղղությամբ r r. Նա հավասար է r r .

Էլեկտրական դաշտ. էլեկտրական դաշտի ուժը

Ուժի հարաբերակցությունը Ֆ r գործող լիցքավորման արժեքի վրա քԱյս լիցքի 0-ը հաստատուն է բոլոր ներմուծված լիցքերի համար՝ անկախ դրանց մեծությունից: Հետևաբար, այս հարաբերակցությունը ընդունվում է որպես տվյալ կետում էլեկտրական դաշտի բնութագրիչ: Նրան կանչում են լարում և նշվում է Ե r. Ապա.

1 N/C = 1/1 C,դրանք. 1 N/Cl- ինտենսիվությունը դաշտի մի կետում, որտեղ 1 C լիցքի վրա գործում է 1 N ուժ։

Սահմանում

Լարվածության վեկտորէլեկտրական դաշտի ուժային հատկանիշն է։ Դաշտի ինչ-որ կետում ինտենսիվությունը հավասար է այն ուժին, որով դաշտը գործում է նշված կետում տեղադրված միավոր դրական լիցքի վրա, մինչդեռ ուժի ուղղությունն ու ինտենսիվությունը նույնն են։ Լարվածության մաթեմատիկական սահմանումը գրված է հետևյալ կերպ.

որտեղ է այն ուժը, որով էլեկտրական դաշտը գործում է ֆիքսված, «փորձնական» կետային լիցքի q վրա, որը տեղադրված է դաշտի դիտարկվող կետում: Միաժամանակ համարվում է, որ «փորձնական» վճարը բավական փոքր է, որ չխեղաթյուրի ուսումնասիրվող ոլորտը։

Եթե ​​դաշտը էլեկտրաստատիկ է, ապա դրա ինտենսիվությունը կախված չէ ժամանակից։

Եթե ​​էլեկտրական դաշտը միատեսակ է, ապա նրա ուժը դաշտի բոլոր կետերում նույնն է։

Գրաֆիկորեն էլեկտրական դաշտերը կարող են ներկայացվել ուժի գծերի միջոցով: Ուժի գծերը (լարվածության գծերը) գծեր են, որոնց շոշափողները յուրաքանչյուր կետում համընկնում են դաշտի այս կետում ինտենսիվության վեկտորի ուղղության հետ։

Էլեկտրական դաշտի ուժգնության սուպերպոզիցիոն սկզբունքը

Եթե ​​դաշտը ստեղծվել է մի քանի էլեկտրական դաշտերով, ապա ստացված դաշտի ուժգնությունը հավասար է առանձին դաշտերի ուժեղությունների վեկտորային գումարին.

Ենթադրենք, որ դաշտը ստեղծված է կետային լիցքերի համակարգով և դրանց բաշխումը շարունակական է, ապա ստացված ինտենսիվությունը հայտնաբերվում է հետևյալ կերպ.

(3) արտահայտության մեջ ինտեգրումն իրականացվում է լիցքի բաշխման ողջ տարածքում:

Դաշտի ուժը դիէլեկտրիկում

Դիէլեկտրիկում դաշտի ուժգնությունը հավասար է դաշտի ուժգնության վեկտորային գումարին, որը ստեղծված է ազատ լիցքերով և կապով (բևեռացման լիցքեր).

Այն դեպքում, երբ ազատ լիցքերը շրջապատող նյութը միատարր և իզոտրոպ դիէլեկտրիկ է, ապա ինտենսիվությունը հավասար է.

որտեղ է նյութի հարաբերական թույլատրելիությունը դաշտի ուսումնասիրված կետում: Արտահայտությունը (5) նշանակում է, որ լիցքի տրված բաշխման դեպքում էլեկտրաստատիկ դաշտի ուժգնությունը համասեռ իզոտրոպ դիէլեկտրիկում ավելի փոքր է, քան վակուումում մեկ գործակցով:

Կետային լիցքի դաշտի ուժը

Կետային լիցքի q դաշտի ուժգնությունը հետևյալն է.

որտեղ F / m (SI համակարգ) - էլեկտրական հաստատուն:

Լարվածության և ներուժի հարաբերությունները

Ընդհանուր դեպքում էլեկտրական դաշտի ուժգնությունը կապված է պոտենցիալի հետ՝

որտեղ է սկալյար պոտենցիալը և վեկտորային պոտենցիալն է:

Անշարժ դաշտերի համար արտահայտությունը (7) վերածվում է բանաձևի.

Էլեկտրական դաշտի ուժի միավորներ

Էլեկտրական դաշտի ուժգնության չափման հիմնական միավորը SI համակարգում է՝ [E]=V/m(N/C)

Խնդիրների լուծման օրինակներ

Օրինակ

Զորավարժություններ.Որքա՞ն է էլեկտրական դաշտի ուժգնության վեկտորի մոդուլը շառավղով վեկտորով սահմանված կետում (մետրերով), եթե էլեկտրական դաշտը ստեղծում է դրական կետային լիցք (q=1C), որը գտնվում է XOY հարթությունում և նրա դիրքը նշում է շառավիղի վեկտորը, (մետրերով)?

Լուծում.Էլեկտրաստատիկ դաշտի լարման մոդուլը, որը ստեղծում է կետային լիցք, որոշվում է բանաձևով.

r-ը դաշտը ստեղծող լիցքից մինչև այն կետը, որտեղ մենք փնտրում ենք դաշտը, հեռավորությունն է:

Բանաձևից (1.2) հետևում է, որ մոդուլը հավասար է.

Փոխարինելով (1.1) սկզբնական տվյալները և ստացված r հեռավորությունը, մենք ունենք.

Պատասխանել.

Օրինակ

Զորավարժություններ.Գրե՛ք դաշտի ուժգնության արտահայտությունը մի կետում, որը որոշվում է շառավղով - վեկտորով, եթե դաշտը ստեղծվել է լիցքից, որը բաշխված է V ծավալի վրա խտությամբ:

Լուծում.Եկեք նկարենք:

Եկեք V ծավալը բաժանենք փոքր տարածքների այս ծավալների լիցքերի ծավալներով, ապա կետային լիցքի դաշտի ուժգնությունը A կետում (նկ. 1) հավասար կլինի.

A կետում ամբողջ մարմինը ստեղծող դաշտը գտնելու համար մենք օգտագործում ենք սուպերպոզիցիայի սկզբունքը.

որտեղ N տարրական ծավալների թիվն է, որոնց բաժանվում է V ծավալը:

Լիցքի բաշխման խտությունը կարող է արտահայտվել հետևյալ կերպ.

(2.3) արտահայտությունից ստանում ենք.

Տարրական լիցքի արտահայտությունը փոխարինում ենք (2.2) բանաձևով, ունենք.

Քանի որ լիցքերի բաշխումը տրվում է շարունակական, ապա եթե մենք հակված ենք զրոյի, ապա կարող ենք գումարումից անցնել ինտեգրմանը, ապա.

ֆիզիկական բնույթէլեկտրական դաշտը և դրա գրաֆիկական պատկերը. Էլեկտրական լիցքավորված մարմնի շուրջ տարածության մեջ կա էլեկտրական դաշտ, որը նյութի տեսակներից մեկն է։ Էլեկտրական դաշտ ունի էլեկտրական էներգիայի պաշար, որն արտահայտվում է դաշտում գտնվող լիցքավորված մարմինների վրա ազդող էլեկտրական ուժերի տեսքով։

Բրինձ. 4. Ամենապարզ էլեկտրական դաշտերը՝ ա - մեկ դրական և բացասական լիցքեր; բ - երկու հակադիր մեղադրանքներ; գ - երկու նման մեղադրանք; դ - երկու զուգահեռ և հակառակ լիցքավորված թիթեղներ (միատեսակ դաշտ)

Էլեկտրական դաշտպայմանականորեն պատկերված էլեկտրական ուժային գծերի տեսքով, որոնք ցույց են տալիս դաշտի կողմից ստեղծված էլեկտրական ուժերի գործողության ուղղությունը։ Ընդունված է ուժի գծերն ուղղել այն ուղղությամբ, որով էլեկտրական դաշտում կշարժվի դրական լիցքավորված մասնիկը։ Ինչպես ցույց է տրված նկ. 4, ուժի էլեկտրական գծերը տարբեր ուղղություններով շեղվում են դրական լիցքավորված մարմիններից և միանում են բացասական լիցք ունեցող մարմիններին։ Երկու հարթ հակառակ լիցքավորված զուգահեռ թիթեղներով ստեղծված դաշտը (նկ. 4, դ) կոչվում է միատեսակ։
Էլեկտրական դաշտը կարելի է տեսանելի դարձնել՝ դրա մեջ դնելով հեղուկ յուղի մեջ կախված գիպսի մասնիկներ. դրանք պտտվում են դաշտի երկայնքով, որը գտնվում է նրա ուժային գծերի երկայնքով (նկ. 5):

Էլեկտրական դաշտի ուժը.Էլեկտրական դաշտը գործում է իր մեջ ներմուծված q լիցքի վրա (նկ. 6) որոշակի ուժով F։ Հետևաբար, էլեկտրական դաշտի ինտենսիվությունը կարելի է դատել այն ուժի արժեքով, որով որոշակի էլեկտրական լիցք է ձգվում կամ վանվում։ ընդունված է որպես միասնություն: Էլեկտրատեխնիկայում դաշտի ինտենսիվությունը բնութագրվում է E էլեկտրական դաշտի ուժգնությամբ: Ուժը հասկացվում է որպես դաշտի տվյալ կետում լիցքավորված մարմնի վրա գործող F ուժի հարաբերակցությունը այս մարմնի q լիցքին.

E=F/q(1)

Դաշտ մեծով լարում E-ն գրաֆիկորեն պատկերված է մեծ խտության ուժի գծերով. ցածր ինտենսիվությամբ դաշտ՝ ուժի նոսր գծեր: Երբ դուք հեռանում եք լիցքավորված մարմնից, էլեկտրական դաշտի ուժի գծերն ավելի քիչ հաճախակի են լինում, այսինքն՝ դաշտի ուժգնությունը նվազում է (տե՛ս նկ. 4 ա, բ և գ): Միայն միասնական էլեկտրական դաշտում (տես նկ. 4, դ) ինտենսիվությունը նույնն է իր բոլոր կետերում:

Էլեկտրական ներուժ. Էլեկտրական դաշտն ունի որոշակի քանակությամբ էներգիա, այսինքն՝ աշխատանք կատարելու կարողություն։ Ինչպես գիտեք, էներգիան կարող է կուտակվել նաև զսպանակում, որի համար այն պետք է սեղմել կամ ձգել։ Այս էներգիայի շնորհիվ դուք կարող եք որոշակի աշխատանք ստանալ։ Եթե ​​զսպանակի ծայրերից մեկն արձակվի, ապա այն կկարողանա որոշակի տարածություն տեղափոխել այս ծայրով կապված մարմինը։ Նույն կերպ էլեկտրական դաշտի էներգիան կարող է իրականացվել, եթե դրա մեջ որոշակի լիցք մտցվի։ Դաշտային ուժերի գործողության ներքո այս լիցքը կշարժվի ուժի գծերի ուղղությամբ՝ կատարելով որոշակի աշխատանք։
Էլեկտրական դաշտի յուրաքանչյուր կետում պահվող էներգիան բնութագրելու համար ներկայացվում է հատուկ հայեցակարգ՝ էլեկտրական ներուժ։ Էլեկտրական պոտենցիալ. դաշտը տվյալ կետում հավասար է այն աշխատանքին, որը կարող են անել այս դաշտի ուժերը, երբ դրական լիցքի միավորն այս կետից դաշտից դուրս տեղափոխելիս:
Էլեկտրական ներուժի հայեցակարգը նման է տարբեր կետերի մակարդակ հասկացությանը երկրի մակերեսը. Ակնհայտ է, որ լոկոմոտիվը B կետ բարձրացնելու համար (նկ. 7) անհրաժեշտ է ավելի շատ աշխատանք ծախսել, քան այն բարձրացնել մինչև A կետը: Հետևաբար, H2 մակարդակի բարձրացված լոկոմոտիվը կկարողանա ավելի շատ աշխատանք կատարել իջնելու ժամանակ: քան H2 մակարդակը բարձրացված լոկոմոտիվը զրոյական մակարդակը, որից չափվում է բարձրությունը, սովորաբար ընդունվում է որպես ծովի մակարդակ:

Նույն կերպ զրոյական պոտենցիալը պայմանականորեն ընդունվում է որպես պոտենցիալ, որն ունի երկրի մակերեսը։
էլեկտրական լարումը. Էլեկտրական դաշտի տարբեր կետեր ունեն տարբեր պոտենցիալներ։ Սովորաբար, մեզ քիչ է հետաքրքրում էլեկտրական դաշտի առանձին կետերի պոտենցիալների բացարձակ արժեքը, բայց մեզ համար շատ կարևոր է իմանալ պոտենցիալ տարբերությունը 1-? 2 դաշտերի երկու կետերի միջև A և B (նկ. 8). Դաշտի երկու կետերի պոտենցիալ տարբերությունը՞1 և՞ 2-ը բնութագրում է դաշտի ուժերի կողմից ծախսվող աշխատանքը՝ մեծ պոտենցիալ ունեցող դաշտի մի կետից ավելի ցածր պոտենցիալ ունեցող միավոր լիցքը տեղափոխելու համար: Նմանապես, գործնականում մեզ քիչ հետաքրքրություն է ներկայացնում բացարձակ բարձրություններ A և B կետերի H1 և H2 ծովի մակարդակից բարձր (տես Նկար 7), բայց մեզ համար կարևոր է իմանալ մակարդակների և այս կետերի միջև տարբերությունը, քանի որ շոգեքարշը A կետից B կետ բարձրացնելը պահանջում է աշխատանք՝ կախված. Հ–ի արժեքի վրա։ Դաշտի երկու կետերի միջև պոտենցիալների տարբերությունը կոչվում է էլեկտրական լարում։ Էլեկտրական լարումը նշվում է U (և) տառով: Այն թվայինորեն հավասար է W աշխատանքի հարաբերակցությանը, որը պետք է ծախսվի դրական լիցքը q դաշտի մի կետից մյուսը տեղափոխելու վրա, այս լիցքին, այսինքն.

U=W/q(2)

Հետևաբար, U լարումը, որը գործում է միջև տարբեր կետերէլեկտրական դաշտ, բնութագրում է այս դաշտում պահվող էներգիան, որը կարող է տրվել՝ շարժվելով էլեկտրական լիցքերի այս կետերի միջև։
Էլեկտրական լարումը ամենակարևոր էլեկտրական մեծությունն է, որը թույլ է տալիս հաշվարկել էլեկտրական դաշտում լիցքերը տեղափոխելիս մշակված աշխատանքը և հզորությունը: Էլեկտրական լարման միավորը վոլտն է (V): Ճարտարագիտության մեջ լարումը երբեմն չափվում է վոլտի հազարերորդականներով՝ միլիվոլտներով (mV) և վոլտի միլիոներորդներով՝ միկրովոլտներով (μV): Չափման համար բարձր լարմանօգտագործել ավելի մեծ միավորներ - կիլովոլտ (կՎ) - հազարավոր վոլտ:
Միատեսակ դաշտում էլեկտրական դաշտի ուժգնությունը դաշտի երկու կետերի միջև գործող էլեկտրական լարման հարաբերակցությունն է այս կետերի միջև l հեռավորությանը.

E=U/l(3)

Էլեկտրական դաշտի ուժը չափվում է վոլտ մետրի վրա (V/m): 1 Վ/մ դաշտի ուժգնության դեպքում 1 C լիցքի վրա գործում է 1 Նյուտոն (1 Ն) ուժ։ Որոշ դեպքերում օգտագործվում են V/cm (100 V/m) և V/mm (1000 V/m) դաշտի ուժգնության ավելի մեծ միավորներ։