جهت بردار شدت میدان الکتریکی با. قدرت میدان الکتریکی اصل برهم نهی میدان – هایپرمارکت دانش

1 .دو نوع بار الکتریکی و خواص آنها. کوچکترین بار الکتریکی غیر قابل تقسیم. قانون بقای بارهای الکتریکی قانون کولمب

واحد شارژ. میدان الکترواستاتیک روش تشخیص میدانی - کشش به عنوان یک مشخصه میدان الکترواستاتیک. بردار کشش، جهت آن.

قدرت میدان الکتریکی یک بار نقطه ای. واحدهای تنش اصل برهم نهی فیلدها.

شارژ الکتریکی

کمیت ثابت است، یعنی. به قاب مرجع بستگی ندارد و بنابراین بستگی به این ندارد که آیا بار در حال حرکت است یا در حالت سکون.

دو نوع (نوع) بار الکتریکی : : بارهای مثبت و بارهای منفی.

به طور تجربی ثابت شده است که بارهای مشابه دفع می کنند، و بر خلاف بارها جذب می شوند.

یک جسم خنثی الکتریکی باید تعداد بارهای مثبت و منفی برابر داشته باشد، اما توزیع آنها در کل حجم بدن باید یکنواخت باشد. قانون حفظ ال. شارژ جمع جبری الک. بارهای هر سیستم بسته (سیستمی که بارها را با گرمای خارجی مبادله نمی کند) بدون توجه به فرآیندهایی که در این سیستم اتفاق می افتد، بدون تغییر باقی می مانند. -19 الک.اتهامات خود به خود ایجاد نمی شوند و به وجود نمی آیند، فقط می توانند جدا شوند و از بدنی به بدن دیگر منتقل شوند.

وجود دارد نیروهای برهمکنش بین دو بار نقطه ای واقع در یک محیط همگن و همسانگرد با حاصلضرب این بارها نسبت مستقیم و با مجذور فاصله بین آنها نسبت معکوس دارد، با یکدیگر برابر بوده و در یک خط مستقیم که از آن می گذرد جهت می گیرند. این اتهامات g فاصله بین بارهای q 1 و q 2 است، k ضریب تناسب است، بسته به انتخاب سیستم واحدهای فیزیکی.

m/F، a = 8.85*10 -12 F/m - ثابت دی الکتریک

بار نقطه ای باید به عنوان بارهای متمرکز بر اجسامی که ابعاد خطی آنها در مقایسه با فواصل بین آنها کوچک است درک شود.

در این مورد، شارژ بر حسب کولن اندازه گیری می شود - مقدار الکتریسیته ای که در یک ثانیه در جریان 1 آمپر از سطح مقطع یک هادی عبور می کند.

نیروی F در امتداد خط مستقیمی که بارها را به هم متصل می کند، هدایت می شود، یعنی. نیروی مرکزی و مربوط به جاذبه است (F<0) в случае разноименных зарядов и отталкиванию (F>0) در مورد اتهاماتی به همین نام. این نیرو نامیده می شود نیروی کولن.

مطالعات بعدی فارادی نشان داد که فعل و انفعالات الکتریکی بین اجسام باردار به ویژگی های محیطی که این برهمکنش ها در آن رخ می دهد بستگی دارد.

مدتهاست ثابت شده است که بارهای الکتریکی مستقیماً روی یکدیگر تأثیر نمی گذارند. در فضای اطراف همه اجسام باردار، عمل میدان الکتریکی مشاهده می شود. بنابراین، تعامل بین میدان های اطراف بارها رخ می دهد. هر میدان نیروی خاصی دارد که با آن بر بار تأثیر می گذارد. این توانایی ویژگی اصلی برای همه است.

تعیین پارامترهای میدان الکتریکی

مطالعه میدان الکتریکی واقع در اطراف یک جسم باردار با استفاده از به اصطلاح بار آزمایشی انجام می شود. به عنوان یک قاعده، این یک بار نقطه ای است که مقدار آن بسیار ناچیز است و به هیچ وجه نمی تواند به طور قابل توجهی بر شارژ اصلی مورد مطالعه تأثیر بگذارد.

برای تعیین دقیق تر پارامترهای کمی میدان الکتریکی، مقدار خاصی تعیین شد. این مشخصه توان به شکل شدت میدان الکتریکی نامگذاری شده است.

قدرت میدان یک کمیت فیزیکی پایدار است. مقدار آن برابر است با نسبت قدرت میدانی که بر روی یک بار آزمایش مثبت واقع در یک نقطه خاص از فضا به مقدار این بار آزمایشی عمل می کند.

بردار تنش - مشخصه اصلی

مشخصه اصلی شدت، بردار شدت میدان الکتریکی است. بنابراین، این مشخصه یک کمیت فیزیکی برداری است. در هر نقطه مکانی، بردار کشش در همان جهتی هدایت می شود که نیروی اعمال می شود تاثیر بر بار تست مثبت بارهای ثابت که در طول زمان تغییر نمی کنند دارای میدان الکتریکی الکترواستاتیکی هستند.

در صورتی که میدان الکتریکی ایجاد شده توسط چندین جسم باردار به طور همزمان مورد مطالعه قرار گیرد، نیروی کل آن شامل مجموع هندسی نیروهای هر جسم باردار است که بر بار آزمایشی اثر می‌کند.

در نتیجه، بردار شدت میدان الکتریکی شامل مجموع بردارهای قدرت تمام میدان‌های ایجاد شده توسط بارهای جداگانه در هر نقطه است.

خطوط میدان الکتریکی نمایش گرافیکی بصری آن را نشان می دهد. بردار کشش در هر نقطه به سمت مماس است که در رابطه با خطوط نیرو قرار دارد. تعداد خطوط برق متناسب با بزرگی بردار شدت میدان الکتریکی است.

جریان بردار تنش

اگر بار دیگری به فضای اطراف یک بار الکتریکی وارد شود، آنگاه نیروی کولن بر آن وارد می شود. این بدان معنی است که در فضای اطراف بارهای الکتریکی وجود دارد میدان نیرو. بر اساس مفاهیم فیزیک مدرن، میدان واقعاً وجود دارد و در کنار ماده، یکی از اشکال وجود ماده است که از طریق آن فعل و انفعالات خاصی بین اجسام ماکروسکوپی یا ذرات تشکیل دهنده ماده انجام می شود. در این مورد، ما در مورد میدان الکتریکی صحبت می کنیم - میدانی که از طریق آن بارهای الکتریکی برهم کنش می کنند. میدان های الکتریکی را در نظر می گیریم که توسط بارهای الکتریکی ساکن ایجاد می شوند و نامیده می شوند الکترواستاتیک.

برای تشخیص و مطالعه تجربی میدان الکترواستاتیک از آن استفاده می شود بار مثبت نقطه آزمایش -چنین اتهامی که زمینه مورد مطالعه را تحریف نمی کند (باعث توزیع مجدد هزینه ها ایجاد زمینه نمی شود). اگر در فیلد ایجاد شده توسط شارژ س،شارژ آزمایشی قرار دهید س 0، سپس نیرویی بر آن وارد می شود اف، در نقاط مختلف میدان متفاوت است، که طبق قانون کولمب، متناسب با بار آزمایشی است. س 0 . بنابراین نسبت F/ س 0 به آن بستگی ندارد س 0 و میدان الکترواستاتیک را در نقطه ای که بار آزمایشی قرار دارد مشخص می کند. این کمیت کشش نامیده می شود و است نیروی مشخصه میدان الکترواستاتیک

قدرت میدان الکترواستاتیکدر یک نقطه مشخص، یک کمیت فیزیکی توسط نیروی وارد بر بار مثبت واحد آزمایشی که در این نقطه از میدان وارد می‌شود، تعیین می‌شود:

قدرت میدان بار نقطه ای در خلاء

جهت بردار E با جهت نیروی وارد بر بار مثبت منطبق است. اگر میدان توسط بار مثبت ایجاد شود، بردار E در امتداد بردار شعاع از بار به فضای خارجی هدایت می شود (دفع بار مثبت آزمایش). اگر میدان توسط بار منفی ایجاد شود، بردار E به سمت بار هدایت می شود (شکل).

واحد قدرت میدان الکترواستاتیک نیوتن بر کولن است (N/C): 1 N/C شدت میدانی است که روی بار نقطه ای 1 C با نیروی 1 N عمل می کند. 1 N/C = 1 V/m، که در آن V (ولت) واحد پتانسیل میدان الکترواستاتیک است. از نظر گرافیکی، میدان الکترواستاتیک با استفاده از نمایش داده می شود خطوط کششی -خطوط، مماس هایی که در هر نقطه با جهت بردار E منطبق است (شکل).

از آنجایی که در هر نقطه از فضا بردار کشش فقط یک جهت دارد، خطوط کشش هرگز قطع نمی‌شوند. برای میدان یکنواخت(زمانی که بردار کشش در هر نقطه از نظر بزرگی و جهت ثابت باشد) خطوط کشش موازی با بردار کشش هستند. اگر میدان توسط یک بار نقطه ای ایجاد شود، خطوط شدت، خطوط مستقیم شعاعی هستند که در صورت مثبت بودن بار از بار خارج می شوند (شکل 1). الف، و در صورت منفی بودن بار در آن گنجانده می شود (شکل 1). ب). به دلیل وضوح زیاد، روش گرافیکی نمایش میدان الکترواستاتیک به طور گسترده ای در مهندسی برق استفاده می شود.

به منظور استفاده از خطوط کششی برای مشخص کردن نه تنها جهت، بلکه همچنین مقدار شدت میدان الکترواستاتیکی، قرار شد آنها را با چگالی مشخص ترسیم کنیم: تعداد خطوط کششی که به یک واحد سطح عمود بر کشش نفوذ می کنند. خطوط باید برابر با مدول بردار E باشد. سپس تعداد خطوط کششی که در ناحیه ابتدایی d نفوذ می کنند. اس،عادی nکه با بردار زاویه a را تشکیل می دهد E، برابر است Eد Scosالف = E nد اس،کجا E pطرح ریزی برداری Eبه حالت عادی nبه سایت د اس(برنج.).

مقدار dФ E =E n dS= E dS نامیده می شود جریان بردار تنشاز طریق پلت فرم d اس.در اینجا د اس=د اسn- برداری که مدول آن d است اس،و جهت با جهت عادی منطبق است nبه سایت انتخاب جهت برداری n(و بنابراین د اس) مشروط است، زیرا می توان آن را به هر جهت هدایت کرد. واحد شار بردار شدت میدان الکترواستاتیک 1 V×m است.

برای یک سطح بسته دلخواه اسجریان برداری Eاز طریق این سطح

,

جایی که انتگرال روی سطح بسته گرفته می شود اس.بردار جریان Eاست کمیت جبری:نه تنها به پیکربندی میدان بستگی دارد E، بلکه در انتخاب جهت n. برای سطوح بسته، جهت مثبت نرمال در نظر گرفته می شود عادی بیرونی،یعنی حالت عادی که به سمت بیرون به ناحیه پوشیده شده توسط سطح اشاره می کند.

اصل استقلال عمل نیرو برای نیروهای کولن قابل اعمال است، یعنی نیروی حاصله F که از میدان بر بار آزمایشی Q 0 وارد می شود برابر است با مجموع بردار نیروهای Fi که از هر بار Q i به آن وارد می شود: . F = Q 0 E و F i = Q 0 E i ، که در آن E قدرت میدان حاصل است و E i قدرت میدان ایجاد شده توسط بار Q i است. با جایگزین کردن این به عبارت بالا، دریافت می کنیم. این فرمول اصل برهم نهی (تحمیل) میدان های الکترواستاتیکی را بیان می کند که بر اساس آن قدرت E میدان حاصل که توسط سیستم بارها ایجاد می شود برابر است با مجموع هندسی شدت میدان ایجاد شده در یک نقطه معین توسط هر یک از بارها. به طور جداگانه

اصل برهم نهی برای محاسبه میدان الکترواستاتیک دوقطبی الکتریکی قابل استفاده است. دوقطبی الکتریکی سیستمی از دو بار نقطه مقابل با قدر مساوی (+Q, -Q) است که فاصله l بین آنها به طور قابل توجهی کمتر از فاصله تا نقاط میدان مورد بررسی است. بر اساس اصل برهم نهی، قدرت E میدان دوقطبی در یک نقطه دلخواه ، که در آن E+ و E– به ترتیب قدرت میدان ایجاد شده توسط بارهای مثبت و منفی هستند.

>> فیزیک: قدرت میدان الکتریکی. اصل برهم نهی میدان

اثبات وجود میدان الکتریکی کافی نیست. لازم است یک ویژگی کمی از رشته معرفی شود. پس از این می توان میدان های الکتریکی را با یکدیگر مقایسه کرد و خواص آنها را ادامه داد.
میدان الکتریکی توسط نیروهایی که بر یک بار وارد می شوند، تشخیص داده می شود. می توان استدلال کرد که اگر نیروی وارد بر هر بار در هر نقطه از میدان را بدانیم، همه چیزهایی را که در مورد میدان نیاز داریم می دانیم.
بنابراین لازم است یک مشخصه از رشته را معرفی کنیم که شناخت آن به ما امکان تعیین این نیرو را می دهد.
اگر به طور متناوب اجسام باردار کوچک را در یک نقطه از میدان قرار دهید و نیروها را اندازه گیری کنید، خواهید دید که نیروی وارد بر بار از میدان با این بار نسبت مستقیم دارد. در واقع، اجازه دهید میدان توسط یک شارژ نقطه ای ایجاد شود q 1. طبق قانون کولن (14.2) در مورد اتهام q 2نیرویی متناسب با بار وجود دارد q 2. بنابراین، نسبت نیروی وارد بر بار وارد شده در یک نقطه معین از میدان به این بار برای هر نقطه در میدان، به بار بستگی ندارد و می تواند به عنوان مشخصه میدان در نظر گرفته شود. این مشخصه قدرت میدان الکتریکی نامیده می شود. مانند نیرو، قدرت میدان است کمیت برداری; با حرف مشخص می شود. اگر باری که در یک فیلد قرار می گیرد با نشان داده شود qبه جای q 2، سپس کشش برابر خواهد بود با:

شدت میدان در یک نقطه معین برابر است با نسبت نیرویی که میدان روی بار نقطه ای قرار گرفته در این نقطه به این بار وارد می کند.
از این رو نیرویی که بر بار وارد می شود qاز سمت میدان الکتریکی برابر است با:

جهت بردار با جهت نیروی وارد بر بار مثبت منطبق است و خلاف جهت نیروی وارد بر بار منفی است.
قدرت میدان بار نقطه ای.بیایید قدرت میدان الکتریکی ایجاد شده توسط یک بار نقطه ای را پیدا کنیم q 0. طبق قانون کولن، این بار بر روی یک بار مثبت عمل خواهد کرد qبا نیرویی برابر با

مدول قدرت میدان یک بار نقطه ای q 0در فاصله rبرابر است با:

بردار شدت در هر نقطه از میدان الکتریکی در امتداد خط مستقیمی است که این نقطه و بار را به هم متصل می کند. شکل 14.7) و با نیروی وارد بر یک بار مثبت نقطه ای که در یک نقطه معین قرار می گیرد منطبق است.

اصل برهم نهی میدان. اگر چند نیرو بر جسمی وارد شود، طبق قوانین مکانیک، نیروی حاصله برابر با مجموع هندسی این نیروها است:

بارهای الکتریکی توسط نیروهای میدان الکتریکی وارد می شوند. اگر وقتی میدان‌های چند بار روی هم قرار می‌گیرند، این میدان‌ها هیچ تأثیری بر یکدیگر ندارند، نیروی حاصل از همه میدان‌ها باید برابر با مجموع هندسی نیروهای هر میدان باشد. تجربه نشان می دهد که این دقیقاً همان چیزی است که در واقعیت اتفاق می افتد. این بدان معنی است که نقاط قوت میدان از نظر هندسی جمع می شوند.
اگر در نقطه معینی از فضا ذرات باردار مختلف میدان های الکتریکی ایجاد کنند که قدرت آنها و غیره، سپس قدرت میدان حاصل در این نقطه برابر است با مجموع نقاط قوت این میدان ها:

علاوه بر این، قدرت میدان ایجاد شده توسط یک بار منفرد به گونه ای تعیین می شود که گویی هیچ بار دیگری ایجاد کننده میدان نیست.
به لطف اصل برهم نهی، برای یافتن قدرت میدان یک سیستم از ذرات باردار در هر نقطه، کافی است بیان (9/14) را برای شدت میدان بار نقطه ای بدانیم. شکل 14.8 نشان می دهد که چگونه قدرت میدان در یک نقطه تعیین می شود الف، ایجاد شده توسط دو بار شارژ q 1و q 2، q 1 > q 2

معرفی میدان الکتریکی به ما اجازه می دهد تا مسئله محاسبه نیروهای برهمکنش ذرات باردار را به دو قسمت تقسیم کنیم. ابتدا قدرت میدان ایجاد شده توسط بارها محاسبه می شود و سپس نیروها از روی قدرت شناخته شده تعیین می شوند. این تقسیم مسئله به قطعات معمولاً محاسبات نیرو را آسان‌تر می‌کند.

???
1. شدت میدان الکتریکی چیست؟
2. قدرت میدان بار نقطه ای چقدر است؟
3. قدرت میدان بار q 0 چگونه هدایت می شود اگر q 0>0 ? اگر q 0<0 ?
4. اصل برهم نهی میدان چگونه فرموله می شود؟

G.Ya.Myakishev، B.B.Bukhovtsev، N.N.Sotsky، فیزیک کلاس دهم

محتوای درس یادداشت های درسیفن آوری های تعاملی روش های شتاب ارائه درس فریم پشتیبانی می کند تمرین کنید کارها و تمرینات کارگاه های خودآزمایی، آموزش ها، موارد، کوئست ها سوالات بحث تکلیف سوالات بلاغی از دانش آموزان تصاویر صوتی، کلیپ های ویدئویی و چند رسانه ایعکس، عکس، گرافیک، جداول، نمودار، طنز، حکایت، جوک، کمیک، تمثیل، گفته ها، جدول کلمات متقاطع، نقل قول افزونه ها چکیده هاترفندهای مقاله برای گهواره های کنجکاو کتاب های درسی پایه و فرهنگ لغت اضافی اصطلاحات دیگر بهبود کتب درسی و دروستصحیح اشتباهات کتاب درسیبه روز رسانی یک قطعه در کتاب درسی، عناصر نوآوری در درس، جایگزینی دانش منسوخ شده با دانش جدید فقط برای معلمان درس های کاملبرنامه تقویم برای سال دروس تلفیقی

اگر اصلاحات یا پیشنهادی برای این درس دارید،