Elektr maydonining kuchlanish vektorining yo'nalishi bilan mos keladi. Elektr maydon kuchi. Maydon superpozitsiyasi printsipi - Bilim gipermarketi

1 .Ikki turdagi elektr zaryadlari va ularning xossalari. Eng kichik bo'linmas elektr zaryadi. Elektr zaryadlarining saqlanish qonuni. Coulomb qonuni.

Zaryad birligi. Elektrostatik maydon. Maydonni aniqlash usuli. - Kuchlanish elektrostatik maydonning xarakteristikasi sifatida. Kuchlanish vektori, uning yo'nalishi.

Nuqtaviy zaryadning elektr maydoni kuchi. Kuchlanish birliklari. Maydonlarning superpozitsiyasi printsipi.

Elektr zaryadi

miqdor o'zgarmasdir, ya'ni. mos yozuvlar tizimiga bog'liq emas va shuning uchun zaryadning harakatlanishi yoki dam olishiga bog'liq emas.

ikki xil (turi) elektr zaryadlari : : musbat zaryadlar va manfiy zaryadlar.

Eksperimental tarzda aniqlanganki, zaryadlar o'xshash tarzda qaytariladi va zaryadlardan farqli o'laroq tortadi.

Elektr neytral jismda teng miqdordagi musbat va manfiy zaryadlar bo'lishi kerak, lekin ularning butun tana hajmida taqsimlanishi bir xil bo'lishi kerak. Elning saqlanish qonuni. zaryad elekning algebraik yig'indisi. har qanday yopiq tizimning zaryadlari (tashqi issiqlik bilan zaryad almashmaydigan tizim) bu tizimda qanday jarayonlar sodir bo'lishidan qat'i nazar, o'zgarishsiz qoladi. -19 Elek. zaryadlar o'z-o'zidan hosil bo'lmaydi va paydo bo'lmaydi, ular faqat bir jismdan boshqasiga ajralishi va o'tishi mumkin.

Mavjud bir hil va izotrop muhitda joylashgan ikkita nuqtaviy zaryad o'rtasidagi o'zaro ta'sir kuchlari ushbu zaryadlarning mahsulotiga to'g'ridan-to'g'ri proportsional va ular orasidagi masofaning kvadratiga teskari proportsional bo'lib, bir-biriga teng va u orqali o'tadigan to'g'ri chiziqqa yo'naltirilgan. bu to'lovlar. g - q 1 va q 2 zaryadlari orasidagi masofa, k - fizik birliklar tizimini tanlashga qarab proportsionallik koeffitsienti.

m/F, a =8,85*10 -12 F/m - dielektrik doimiy

Nuqtaviy zaryad deganda chiziqli o'lchamlari ular orasidagi masofaga nisbatan kichik bo'lgan jismlarga to'plangan zaryadlar tushunilishi kerak.

Bunday holda, zaryad kulonlarda o'lchanadi - 1 amperlik oqimda bir soniyada o'tkazgichning kesimidan oqib o'tadigan elektr miqdori.

F kuchi zaryadlarni bog'laydigan to'g'ri chiziq bo'ylab yo'naltiriladi, ya'ni. markaziy kuchdir va jozibadorlikka mos keladi (F<0) в случае разноименных зарядов и отталкиванию (F>0) bir xil nomdagi ayblovlar bo'yicha. Bu kuch deyiladi Kulon kuchi.

Faradayning keyingi tadqiqotlari shuni ko'rsatdiki, zaryadlangan jismlar orasidagi elektr o'zaro ta'sirlar bu o'zaro ta'sirlar sodir bo'lgan muhitning xususiyatlariga bog'liq.

Elektr zaryadlari bir-biriga bevosita ta'sir qilmasligi uzoq vaqtdan beri aniqlangan. Barcha zaryadlangan jismlarni o'rab turgan fazoda elektr maydonining ta'siri kuzatiladi. Shunday qilib, zaryadlar atrofidagi maydonlar o'rtasida o'zaro ta'sir sodir bo'ladi. Har bir maydon ma'lum bir kuchga ega bo'lib, u zaryadga ta'sir qiladi. Bu qobiliyat hamma uchun asosiy xususiyatdir.

Elektr maydoni parametrlarini aniqlash

Zaryadlangan ob'ekt atrofida joylashgan elektr maydonini o'rganish sinov zaryadi deb ataladigan narsa yordamida amalga oshiriladi. Qoida tariqasida, bu nuqta zaryadidir, uning kattaligi juda ahamiyatsiz va hech qanday tarzda o'rganilayotgan asosiy zaryadga sezilarli ta'sir ko'rsata olmaydi.

Elektr maydonining miqdoriy parametrlarini aniqroq aniqlash uchun maxsus qiymat o'rnatildi. Ushbu quvvat xarakteristikasi elektr maydon kuchi shaklida nomlanadi.

Maydon kuchi barqaror jismoniy miqdordir. Uning qiymati fazoning ma'lum bir nuqtasida joylashgan musbat sinov zaryadiga ta'sir qiluvchi maydon kuchining ushbu sinov zaryadining qiymatiga nisbatiga teng.

Kuchlanish vektori - asosiy xarakteristikasi

Intensivlikning asosiy xarakteristikasi elektr maydon intensivligi vektoridir. Shunday qilib, bu xarakteristika vektor jismoniy miqdordir. Har qanday fazoviy nuqtada kuchlanish vektori ta'sir qiluvchi kuch bilan bir xil yo'nalishda yo'naltiriladi ijobiy sinov zaryadiga ta'sir qiladi. Vaqt o'tishi bilan o'zgarmaydigan doimiy zaryadlar elektrostatik elektr maydoniga ega.

Bir vaqtning o'zida bir nechta zaryadlangan jismlar tomonidan yaratilgan elektr maydoni o'rganilganda, uning umumiy kuchi har bir zaryadlangan jismning sinov zaryadiga ta'sir qiluvchi kuchlarining geometrik yig'indisidan iborat bo'ladi.

Binobarin, elektr maydon kuchi vektori har bir nuqtada alohida zaryadlar tomonidan yaratilgan barcha maydonlarning kuch vektorlarining umumiy yig'indisidan iborat.

Elektr maydon chiziqlari uning vizual grafik tasvirini ifodalaydi. Har bir nuqtadagi kuchlanish vektori kuch chiziqlariga nisbatan joylashgan tangens tomon yo'naltiriladi. Elektr liniyalari soni elektr maydonining kuchlanish vektorining kattaligiga mutanosibdir.

Kuchlanish vektor oqimi

Agar elektr zaryadini o'rab turgan fazoga boshqa zaryad kiritilsa, u holda unga Kulon kuchi ta'sir qiladi; Bu shuni anglatadiki, kosmosda elektr zaryadlari mavjud kuch maydoni. Zamonaviy fizika tushunchalariga ko'ra, maydon haqiqatda mavjud bo'lib, materiya bilan bir qatorda materiyaning mavjudligi shakllaridan biri bo'lib, u orqali makroskopik jismlar yoki moddani tashkil etuvchi zarralar o'rtasida ma'lum o'zaro ta'sirlar amalga oshiriladi. Bunday holda, biz elektr maydoni - elektr zaryadlari o'zaro ta'sir qiladigan maydon haqida gapiramiz. Biz statsionar elektr zaryadlari tomonidan yaratilgan va chaqirilgan elektr maydonlarini ko'rib chiqamiz elektrostatik.

Elektrostatik maydonni aniqlash va eksperimental o'rganish uchun u ishlatiladi sinov nuqtasi musbat zaryad - o'rganilayotgan maydonni buzmaydigan bunday zaryad (maydonni yaratuvchi zaryadlarning qayta taqsimlanishiga olib kelmaydi). Agar zaryad tomonidan yaratilgan maydonda bo'lsa Q, sinov to'lovini qo'ying Q 0, keyin unga kuch ta'sir qiladi F, maydonning turli nuqtalarida farqlanadi, bu Coulomb qonuniga ko'ra, sinov zaryadiga proportsionaldir Q 0 . Shuning uchun F / nisbati Q 0 ga bog'liq emas Q 0 va sinov zaryadi joylashgan nuqtadagi elektrostatik maydonni tavsiflaydi. Bu miqdor kuchlanish deb ataladi va bo'ladi elektrostatik maydonning kuch xarakteristikasi.

Elektrostatik maydon kuchi ma'lum bir nuqtada maydonning ushbu nuqtasida joylashtirilgan sinov birligi musbat zaryadiga ta'sir qiluvchi kuch tomonidan aniqlangan jismoniy miqdor mavjud:

Vakuumdagi nuqtaviy zaryadning maydon kuchi

E vektorning yo'nalishi musbat zaryadga ta'sir qiluvchi kuch yo'nalishiga to'g'ri keladi. Agar maydon musbat zaryad tomonidan yaratilgan bo'lsa, u holda E vektori zaryaddan tashqi bo'shliqqa radius vektori bo'ylab yo'naltiriladi (sinov musbat zaryadining qaytarilishi); agar maydon manfiy zaryad tomonidan yaratilgan bo'lsa, u holda E vektori zaryad tomon yo'naltiriladi (rasm).

Elektrostatik maydon kuchining birligi - kulonga nyuton (N/C): 1 N/C - 1 N kuch bilan 1 C nuqtaviy zaryadga ta'sir qiluvchi maydonning intensivligi; 1 N / C = 1 V / m, bu erda V (volt) elektrostatik maydon potensialining birligi. Grafik sifatida elektrostatik maydon yordamida ifodalanadi kuchlanish chiziqlari - Har bir nuqtada tangenslari E vektor yo'nalishiga to'g'ri keladigan chiziqlar (rasm).

Kosmosning istalgan nuqtasida kuchlanish vektori faqat bitta yo'nalishga ega bo'lganligi sababli, kuchlanish chiziqlari hech qachon kesishmaydi. uchun yagona maydon(har qanday nuqtadagi kuchlanish vektori kattaligi va yo'nalishi bo'yicha doimiy bo'lganda) kuchlanish chiziqlari kuchlanish vektoriga parallel. Agar maydon nuqtaviy zaryad tomonidan yaratilgan bo'lsa, intensivlik chiziqlari, agar u musbat bo'lsa, zaryaddan chiqadigan radial to'g'ri chiziqlardir (2-rasm). A) va agar zaryad manfiy bo'lsa, unga kiritilgan (1-rasm). b). Katta ravshanligi tufayli elektrostatik maydonni tasvirlashning grafik usuli elektrotexnikada keng qo'llaniladi.

Kesish chiziqlaridan nafaqat yo'nalishni, balki elektrostatik maydon kuchining qiymatini ham tavsiflash uchun foydalanish uchun ularni ma'lum bir zichlik bilan chizishga kelishib olindi: kuchlanish chiziqlariga perpendikulyar bo'lgan birlik sirt maydoniga kiradigan kuchlanish chiziqlari soni bo'lishi kerak. vektorning moduliga teng bo'lishi E. Keyin kuchlanish chiziqlari soni, elementar maydonga kirib boradi d . S, normal n vektor bilan a burchak hosil qiladi E, teng E d Scos a = E n d S, Qayerda E p-vektor proyeksiyasi E normal holatga n saytga d S(guruch.).

Qiymat dF E =E n dS= E dS deb ataladi kuchlanish vektor oqimi platforma orqali d S. Bu erda d S= d Sn- moduli d bo'lgan vektor S, va yo'nalish normal yo'nalishga to'g'ri keladi n saytga. Vektor yo'nalishini tanlash n(va shuning uchun d S) shartli, chunki u har qanday tomonga yo'naltirilishi mumkin. Elektrostatik maydon kuchlanish vektori oqimining birligi 1 V×m ga teng.

O'zboshimchalik bilan yopiq sirt uchun S vektor oqimi E bu sirt orqali

,

bu yerda integral yopiq sirt ustida olinadi S. Oqim vektori E hisoblanadi algebraik miqdor: faqat maydon konfiguratsiyasiga bog'liq emas E, balki yo'nalishni tanlash bo'yicha ham n. Yopiq yuzalar uchun normalning ijobiy yo'nalishi olinadi tashqi normal, ya'ni sirt bilan qoplangan maydonga tashqi tomonga ishora qiluvchi normal.

Kulon kuchlariga nisbatan kuch ta'sirining mustaqillik printsipi qo'llaniladi, ya'ni Q 0 sinov zaryadiga maydondan ta'sir etuvchi F kuchi har bir Q i zaryadidan unga qo'llaniladigan Fi kuchlarining vektor yig'indisiga teng: . F = Q 0 E va F i = Q 0 E i, bu erda E - hosil bo'lgan maydonning kuchi va E i - zaryad Q i tomonidan yaratilgan maydonning kuchi. Buni yuqoridagi ifodaga almashtirsak, biz . Ushbu formula elektrostatik maydonlarning superpozitsiyasi (o'rnatish) printsipini ifodalaydi, unga ko'ra zaryadlar tizimi tomonidan hosil qilingan maydonning E kuchi har bir zaryad tomonidan ma'lum bir nuqtada yaratilgan maydon kuchlarining geometrik yig'indisiga tengdir. alohida.

Superpozitsiya printsipi elektr dipolning elektrostatik maydonini hisoblash uchun qo'llaniladi. Elektr dipol - teng kattalikdagi (+Q, –Q) ikkita qarama-qarshi nuqta zaryadlari tizimi bo'lib, ular orasidagi masofa l ko'rib chiqilayotgan maydon nuqtalarigacha bo'lgan masofadan sezilarli darajada kichikdir. Superpozitsiya printsipiga ko'ra, ixtiyoriy nuqtada dipol maydonining kuchi E , bu erda E+ va E– mos ravishda musbat va manfiy zaryadlar tomonidan yaratilgan maydon kuchlari.

>>Fizika: Elektr maydon kuchi. Maydon superpozitsiyasi printsipi

Elektr maydoni mavjudligini isbotlashning o'zi etarli emas. Maydonning miqdoriy tavsifini kiritish kerak. Shundan so'ng, elektr maydonlarni bir-biri bilan taqqoslash va ularning xususiyatlarini o'rganishni davom ettirish mumkin.
Elektr maydoni zaryadga ta'sir qiluvchi kuchlar tomonidan aniqlanadi. Agar biz maydonning istalgan nuqtasida har qanday zaryadga ta'sir qiluvchi kuchni bilsak, maydon haqida bizga kerak bo'lgan hamma narsani bilamiz, deb bahslashish mumkin.
Shuning uchun, bilim bizga ushbu kuchni aniqlash imkonini beradigan sohaning xarakteristikasi bilan tanishish kerak.
Agar siz kichik zaryadlangan jismlarni maydonning bir xil nuqtasiga navbatma-navbat qo'ysangiz va kuchlarni o'lchasangiz, maydondan zaryadga ta'sir qiluvchi kuch ushbu zaryadga to'g'ridan-to'g'ri proportsional ekanligini topasiz. Haqiqatan ham, maydon nuqta zaryadi bilan yaratilsin q 1. Kulon qonuniga ko'ra (14.2) ayblov bo'yicha q 2 zaryadga mutanosib kuch mavjud q 2. Shuning uchun maydonning ma'lum bir nuqtasiga joylashtirilgan zaryadga ta'sir qiluvchi kuchning ushbu zaryadga maydonning har bir nuqtasi uchun nisbati zaryadga bog'liq emas va uni maydonning xarakteristikasi deb hisoblash mumkin. Bu xususiyat elektr maydon kuchi deb ataladi. Kuch kabi maydon kuchi ham vektor miqdori; harfi bilan belgilanadi. Maydonga qo'yilgan zaryad bilan belgilansa q o'rniga q 2, u holda kuchlanish teng bo'ladi:

Berilgan nuqtadagi maydon kuchi bu nuqtada joylashgan nuqtaviy zaryadga ta'sir qiladigan kuchning ushbu zaryadga nisbatiga teng.
Demak, zaryadga ta'sir qiluvchi kuch q elektr maydon tomondan, teng:

Vektorning yo'nalishi musbat zaryadga ta'sir qiluvchi kuchning yo'nalishiga to'g'ri keladi va manfiy zaryadga ta'sir qiluvchi kuchning yo'nalishiga qarama-qarshidir.
Nuqtaviy zaryadning maydon kuchi. Nuqtaviy zaryad hosil qilgan elektr maydon kuchini topamiz q 0. Kulon qonuniga ko'ra, bu zaryad musbat zaryadga ta'sir qiladi q ga teng kuch bilan

Nuqtaviy zaryadning maydon kuchi moduli q 0 masofada r u teng:

Elektr maydonining istalgan nuqtasidagi intensivlik vektori ushbu nuqta va zaryadni bog'laydigan to'g'ri chiziq bo'ylab yo'naltiriladi ( 14.7-rasm) va ma'lum bir nuqtada joylashtirilgan nuqta musbat zaryadga ta'sir qiluvchi kuchga to'g'ri keladi.

Maydon superpozitsiyasi printsipi. Agar tanaga bir nechta kuchlar ta'sir etsa, mexanika qonunlariga ko'ra, hosil bo'lgan kuch ushbu kuchlarning geometrik yig'indisiga teng bo'ladi:

Elektr zaryadlari elektr maydonidan keladigan kuchlar tomonidan ta'sir qiladi. Agar bir nechta zaryadlardan maydonlar qo'yilganda, bu maydonlar bir-biriga ta'sir qilmasa, barcha maydonlardan kelib chiqadigan kuch har bir maydondan keladigan kuchlarning geometrik yig'indisiga teng bo'lishi kerak. Tajriba shuni ko'rsatadiki, haqiqatda aynan shunday bo'ladi. Bu shuni anglatadiki, maydon kuchlari geometrik ravishda qo'shiladi.
agar fazoning ma'lum bir nuqtasida turli zaryadlangan zarralar kuchli tomonlari bo'lgan elektr maydonlarini hosil qilsa va hokazo, keyin bu nuqtada hosil bo'lgan maydon kuchi ushbu maydonlarning kuchli tomonlari yig'indisiga teng bo'ladi:

Bundan tashqari, alohida zaryad tomonidan yaratilgan maydon kuchi xuddi maydonni yaratadigan boshqa zaryadlar bo'lmaganidek aniqlanadi.
Superpozitsiya printsipi tufayli har qanday nuqtada zaryadlangan zarralar tizimining maydon kuchini topish uchun nuqtaviy zaryadning maydon kuchining (14.9) ifodasini bilish kifoya. 14.8-rasmda nuqtadagi maydon kuchi qanday aniqlanadi A, ikkita nuqta zaryadlari tomonidan yaratilgan q 1 Va q 2 , q 1 >q 2

Elektr maydonining kiritilishi zaryadlangan zarrachalarning o'zaro ta'sir kuchlarini hisoblash masalasini ikki qismga bo'lish imkonini beradi. Birinchidan, zaryadlar tomonidan yaratilgan maydon kuchi hisoblab chiqiladi, so'ngra kuchlar ma'lum kuchdan aniqlanadi. Muammoning qismlarga bo'linishi odatda kuch hisoblashni osonlashtiradi.

???
1. Elektr maydon kuchi nima deb ataladi?
2. Nuqtaviy zaryadning maydon kuchi nimaga teng?
3. Zaryad maydonining kuchi q 0 bo'lsa qanday yo'naltiriladi q 0>0 ? Agar q 0<0 ?
4. Maydon superpozitsiyasi tamoyili qanday tuzilgan?

G.Ya.Myakishev, B.B.Buxovtsev, N.N.Sotskiy, Fizika 10-sinf.

Dars mazmuni dars yozuvlari qo'llab-quvvatlovchi ramka dars taqdimoti tezlashtirish usullari interaktiv texnologiyalar Amaliyot topshiriq va mashqlar o'z-o'zini tekshirish seminarlari, treninglar, keyslar, kvestlar uy vazifalarini muhokama qilish savollari talabalar tomonidan ritorik savollar Tasvirlar audio, videokliplar va multimedia fotosuratlar, rasmlar, grafikalar, jadvallar, diagrammalar, hazil, latifalar, hazillar, komikslar, masallar, maqollar, krossvordlar, iqtiboslar Qo'shimchalar tezislar maqolalar qiziq beshiklar uchun fokuslar darsliklar asosiy va qo'shimcha atamalar lug'ati boshqa Darslik va darslarni takomillashtirishdarslikdagi xatolarni tuzatish darslikdagi parchani yangilash, darsdagi innovatsiya elementlari, eskirgan bilimlarni yangilari bilan almashtirish Faqat o'qituvchilar uchun mukammal darslar yil uchun taqvim rejasini muhokama qilish dasturi; Integratsiyalashgan darslar

Agar sizda ushbu dars uchun tuzatishlar yoki takliflaringiz bo'lsa,