3. Elektr maydoni.
3.01. Qaysi jismoniy miqdor elektr zaryadiga elektr maydoni ta'sir qiladigan kuchning ushbu zaryad qiymatiga nisbati bilan aniqlanadi?
G.) elektr quvvati.
3.02. Musbat zaryadni ko'chirishda elektr maydoni bajargan ishning zaryad qiymatiga nisbati qanday deyiladi?
A.) potentsial energiya elektr maydoni;
B.) elektr maydon kuchi;
IN.) elektr kuchlanish;
G.) elektr quvvati.
3.03. Elektr maydoni kuchlanish vektorining yo'nalishi sifatida qanday yo'nalish olinadi?
A.) musbatga ta'sir etuvchi kuch vektorining yo'nalishi nuqta zaryadi;
B.) manfiy nuqta zaryadiga ta'sir etuvchi kuch vektorining yo'nalishi;
B.) musbat nuqtaviy zaryadning tezlik vektorining yo'nalishi;
D.) manfiy nuqtali zaryadning tezlik vektorining yo'nalishi.
3.04. Quyidagi matematik belgilarning qaysi biri zaryadlangan kondensatorning energiyasini aniqlaydi?
A.); B.) 
; IN.) 
; G.) 
.
03.05. Ijobiy zaryadlangan jismda elektronlarning ortiqcha yoki etishmasligi bormi?
A.) elektronlarning ortiqchaligi; B.) elektronlarning etishmasligi;
B.) protonlarning ortiqchaligi; G.) protonlarning etishmasligi.
3.06. Vakuum uchun Kulon qonunining formulasi SIda qanday ko'rinishga ega?
A.) 
; B.) 
; IN.) 
; G.) 
.
3
.07. Vektorning yo'nalishi qanday 
maydonning A nuqtasida, agar maydon musbat zaryad tomonidan yaratilgan bo'lsa q (12-rasmga qarang)?
A.) o‘ngga;
B.) chapga;
B.) yuqoriga;
G.) pastga.
3.08. Kuch chiziqlari kesishishi mumkinmi?
A.) mumkin; B.) mumkin emas; B.) Bu maydonning konfiguratsiyasiga bog'liq.
3.09. Zaryadlanmagan metall korpus (13-rasm) musbat zaryadning elektr maydoniga kiritiladi va keyin 1 va 2 qismlarga bo'linadi. Tananing ikkala qismida qanday elektr zaryadlari bor?
A.) 1 - manfiy zaryadlangan, 2 - musbat;
B.) 1 - musbat zaryadlangan, 2 - manfiy;
C.) 1 va 2 musbat zaryadlangan;
D.) 1 va 2 manfiy zaryadlangan.
3.10. Kondensatorning sig'imi uning plitalaridagi zaryadga bog'liqmi?
A.) ha, to‘g‘ridan-to‘g‘ri mutanosib ravishda;
B.) ha, teskari proporsional;
B) mustaqil.
3.11. Zaryaddan o'rganilayotgan nuqtagacha bo'lgan masofa 2 marta qisqarganda va zaryad 2 marta ko'payganida nuqtaviy zaryadning elektr maydonining kuchlanishi mutlaq qiymatda qanday o'zgaradi?
B.) 8 marta ortadi; D.) 8 marta kamayadi; D) o'zgarmaydi.
3
.12. Zaryadni A nuqtadan B nuqtaga va C nuqtaga o'tkazishda zaryad +q tomonidan yaratilgan maydon ishining qiymatlarini solishtiring (14-rasm).
A.) A AB > A AC;
B.) A AB C.) A AB \u003d A AC;
D.) A AB \u003d A AC \u003d 0.
3.13. Masofani o'zgartirmasdan, kondensator plitalari orasidagi bo'shliqqa shisha o'rnatilsa, tekis kondansatörning sig'imi necha marta o'zgaradi. 
Parafin o'rniga =7 
= 2?
A.) 3,5 barobar ortadi; B.) 3,5 barobar kamayadi; B) o'zgarmaydi.
3.14. Kondensatorning zaryadi ikki baravar oshirildi. Kondensatorning energiyasi necha marta o'zgargan?
A.) 2 barobar ortadi; B.) 2 marta kamayadi;
B.) 4 barobar ortadi; G.) 4 marta kamayadi; D) o'zgarmaydi.
3.15. Kondensator 5 mkC zaryad bilan zaryadlanganda, kondensatorning energiyasi 0,01 J bo'lib chiqdi. Kondensator plitalaridagi kuchlanishni aniqlang.
A.) 2 kV; B.) 0,1 ∙ 10 -8 V; B.) 4 kV; D.) 0,2 mkV.
3.16. 2 nC zaryadni potensiali 20 V nuqtadan 10 V potentsialli nuqtaga ko'chirishda elektrostatik maydon kuchlari qanday ish qiladi?
A.) 20 J; B.) 40 J; B.) 2 ∙ 10 -8 J; G.) 2 ∙ 10 -10 J.
3.17. R masofada joylashgan ikkita nuqta elektr zaryadlari vakuumda 20 N kuch bilan o'zaro ta'sir qiladi. Bu zaryadlarning o'zaro ta'sir kuchi bir xil R masofada qanday o'zgaradi
o'tkazuvchanlik e = 2 bo'lgan muhit?
A.) 40 N; B.) 10 N; B.) 5 N; D) o'zgarmaydi.
3.18. Elektr maydoni q zaryadidan hosil bo'ladi. Zaryaddan 0,1 m masofada joylashgan A nuqtada maydon kuchi 1800 V/m ni tashkil qiladi. To'lov miqdorini aniqlang.
A.) 0,5 nC; B.) 2 ∙ 10 9 C; B.) 18 C; D.) 2 nC.
3.19. Vakuumdagi bir xil nomdagi ikkita zaryadlangan jism 1 N kuch bilan o'zaro ta'sir qiladi.Agar ular orasidagi masofa 4 marta oshirilsa, ularning o'zaro ta'sir kuchi qanday bo'ladi?
A.) 0,5 N; B.) 0,25 N; B.) 2 N; G.) 4 N.
3.20. Suyuq muhitga joylashtirilgan nuqtaviy zaryad zaryaddan 0,4 m masofada joylashgan nuqtada 15 V potentsial hosil qiladi.Zaryad 5 nC. Muhitning dielektrik o'tkazuvchanligi nimaga teng?
A.) 1,8; B) 18; B.) 75; G.) 7,5; D.) 1.3.
3.21. Elektr maydoni +q 1 va -q 2 zaryadlar tomonidan yaratiladi va birinchi zaryad mutlaq qiymatda ikkinchisidan kattaroqdir. +q 1 va -q 2 zaryadlar orasiga C nuqtada joylashtirilgan +q 3 zaryadga ta'sir etuvchi natijaviy kuchning yo'nalishini toping (15-rasmga qarang).
A.) o‘ngga;
B.) chapga;
B.) yuqoriga;
G.) pastga.
3.22. Havo kondensatorining gorizontal plitalari orasiga 100 V kuchlanish qo'llaniladi.10 mg og'irlikdagi zaryadlangan chang zarrasi kondensator plitalari orasida harakatsiz osilib turadi. Nima zaryad hisoblanadi plitalar orasidagi masofa 50 mm bo'lsa, chang zarralari?
A.) 50 mC; B.) 50 nC; C.) 50 mC; D.) 0,02 nC.
3.23. Nima kinetik energiya zaryadlangan zarracha elektr maydonida 100 V potentsiallar farqidan o'tib, oladi.Zarraning zaryadi 2 mkC. Dastlabki tezlik nolga teng.
A.) 10-4 J; B.) 200 J; C.) 2 ∙ 10 -4 J.
3
.24. Kvadratning markazida joylashgan q zaryadiga ta'sir qiluvchi natijaviy kuchning moduli qanday bo'ladi, agar zaryadlar rasmda ko'rsatilgan bo'lsa. 16?
A.) 
; B.) 
;
B.) 0; G.) 
.
3.25. Massasi m va zaryadi q 1 boʻlgan kichik sharcha havoda ipak ipga osilgan. Agar shar ostiga undan R masofada ma'lum q 2 zaryad qo'yilsa, ipning taranglik kuchi 2 marta kamayadi. Zaryad miqdorini aniqlang q 2 .
A.) 
; B.) 
; IN.) 
; G.) 
.
3.26. 1 ∙ 10 -7 C nuqtali zaryad vakuumga, 3 ∙ 10 -7 C nuqtaviy zaryad esa qandaydir suyuqlikka joylashtiriladi. Zaryadlardan teng masofada joylashgan nuqtalarda maydon kuchlari bir xil. Suyuqlikning o'tkazuvchanligini aniqlang.
A.) 9; B.) 1/9; AT 3; G.) 1/3.
3.27. Massasi 1 g, zaryadi 9,8 ∙ 10 -8 C bo'lgan shar yupqa ipak ipga havoda osilgan. Qarama-qarshi ishorali zaryadli ikkinchi shar birinchi shardan 3 sm masofada joylashtirilsa, ip vertikal bilan 45 0 ga teng. Uning zaryadini aniqlang.
A.) 9 ∙ 10 -17 S; B.) 9 ∙ 10 -15 S; B.) 9 ∙ 10 -12 S; G.) 10 -8 Cl.
3
.28. Maydon 10 -8 C zaryad bilan yaratilgan. Protonni zaryaddan 16 sm masofada joylashgan nuqtadan undan 20 sm masofaga ko'chirishda kuchlar qanday ishni bajaradi?
A.) 2 ∙ 10 -18 J; B.) 18 ∙ 10 -18 J; B.) 2 ∙ 10 -16 J; G.) 2 ∙ 10 -27 J.
3.29. Plitalar orasidagi potentsial farq 100 V. Plitalardan biri erga ulangan (17-rasmga qarang). A, B, C, D, E, K nuqtalarining potensialini aniqlang.
| Javob | ph A | PH B | PH C | PH D | PH E | PH K |
| A | 50 | 50 | 75 | 25 | 100 | 0 |
| B | 50 | 50 | 25 | 75 | 0 | 100 |
| IN | 100 | 100 | 100 | 100 | 0 | 0 |
3.30. 20 pF quvvatga ega tekis havo kondansatörü 100 V potentsial farqiga zaryadlangan va manbadan uzilgan. Kondensator plitalari orasidagi masofani ikki baravar oshirish uchun qanday ishlarni bajarish kerak?
A.) 2 ∙ 10 -7 J; B.) 0,5 ∙ 10 -7 J; C.) 10-7 J.
To'g'ri javoblar kalitlari
| Ish darajasi | Vazifa raqamlari va to'g'ri javoblar |
|||||||||
| 1 daraja (1 ball) | 3.01 | 3.02 | 3.03 | 3.04 | 3.05 | 3.06 | 3.07 | 3.08 | 3.09 | 3.10 |
| B | IN | A | IN | B | A | A | B | A | IN |
|
| 2 daraja (2 ball) | 3.11 | 3.12 | 3.13 | 3.14 | 3.15 | 3.16 | 3.17 | 3.18 | 3.19 | 3.20 |
| IN | IN | A | IN | IN | IN | B | G | B | G |
|
| 3 daraja (3 ball) | 3.21 | 3.22 | 3.23 | 3.24 | 3.25 | 3.26 | 3.27 | 3.28 | 3.29 | 3.30 |
| A | B | IN | IN | A | IN | G | B | A | IN |
|
Elektrostatik maydon, agar uning kuchi vaqt o'tishi bilan o'zgarmasa, statsionar (doimiy) hisoblanadi. Statsionar elektrostatik maydonlar statsionar elektr zaryadlari tomonidan yaratilgan.
Elektrostatik maydon, agar uning intensivlik vektori maydonning barcha nuqtalarida bir xil bo'lsa, bir hil, agar turli nuqtalarda intensivlik vektori farq qilsa, maydon bir jinsli emas. Yagona elektrostatik maydonlar, masalan, bir tekis zaryadlangan so'nggi tekislikning elektrostatik maydonlari va uning plitalari chetidan uzoqda joylashgan tekis kondansatör.
Elektrostatik maydonning asosiy xususiyatlaridan biri shundaki, zaryadni maydonning bir nuqtasidan ikkinchisiga ko'chirishda elektrostatik maydon kuchlarining ishi harakat traektoriyasiga bog'liq emas, balki faqat uning pozitsiyasi bilan belgilanadi. boshlang'ich va oxirgi nuqtalar va zaryadning kattaligi. Binobarin, zaryadni har qanday bo'ylab harakatlantirganda elektrostatik maydon kuchlarining ishi yopiq traektoriya nolga teng. kuch maydonlari, bu xususiyatga ega bo'lganlar potentsial yoki konservativ deb ataladi. Ya'ni, elektrostatik maydon potentsial maydon bo'lib, uning energiya xarakteristikasi intensivlik vektori bilan bog'liq elektrostatik potentsialdir. E nisbat:
E = -gradj.
Uchun grafik tasvir elektrostatik maydonlarda kuch chiziqlari (kuchlanish chiziqlari) - xayoliy chiziqlar, tangenslari maydonning har bir nuqtasida intensivlik vektorining yo'nalishiga to'g'ri keladi.
Elektrostatik maydonlar uchun superpozitsiya printsipi kuzatiladi. Har bir elektr zaryadi boshqa elektr zaryadlarining mavjudligidan qat'iy nazar, kosmosda elektr maydonini hosil qiladi. Zaryadlar tizimi tomonidan hosil qilingan maydonning kuchi, har bir zaryad tomonidan ma'lum bir nuqtada yaratilgan maydonlar kuchining geometrik yig'indisiga teng.
Atrofdagi fazodagi har qanday zaryad elektrostatik maydon hosil qiladi. Maydonni istalgan nuqtada aniqlash uchun kuzatuv nuqtasiga nuqta sinov zaryadini qo'yish kerak - o'rganilayotgan maydonni buzmaydigan zaryad (maydon hosil qiluvchi zaryadlarning qayta taqsimlanishiga olib kelmaydi).
Yakka nuqta zaryadi tomonidan yaratilgan maydon q, sharsimon simmetrikdir. Kulon qonunidan foydalangan holda vakuumdagi yakka nuqtali zaryadning intensivlik moduli quyidagicha ifodalanishi mumkin:
E \u003d q / 4pe taxminan r 2.
Bu erda e o - elektr doimiysi, \u003d 8,85. 10-12 f/m.
Oʻzi yaratgan burilish balanslari (qarang Kulon balanslari) yordamida oʻrnatilgan Kulon qonuni elektrostatik maydonni tavsiflovchi asosiy qonunlardan biridir. Bu zaryadlarning o'zaro ta'sir kuchi va ular orasidagi masofa o'rtasidagi bog'liqlikni o'rnatadi: vakuumdagi ikkita nuqta harakatsiz zaryadlangan jismlarning o'zaro ta'sir kuchi zaryad modullarining mahsulotiga to'g'ridan-to'g'ri proportsional va ular orasidagi masofaning kvadratiga teskari proportsionaldir. .
Bu kuch Kulon, maydon esa Kulon deb ataladi. Kulon maydonida vektorning yo'nalishi zaryad Q belgisiga bog'liq: agar Q > 0 bo'lsa, vektor zaryaddan radius bo'ylab yo'naltiriladi, agar Q bo'lsa? marta (? - muhitning dielektrik o'tkazuvchanligi) vakuumdagidan kamroq.
Eksperimental tarzda o'rnatilgan Kulon qonuni va superpozitsiya printsipi vakuumda berilgan zaryadlar tizimining elektrostatik maydonini to'liq tasvirlash imkonini beradi. Biroq, elektrostatik maydonning xossalari nuqtaviy zaryadning Kulon maydoni tushunchasiga murojaat qilmasdan, boshqacha, umumiyroq shaklda ifodalanishi mumkin. Elektr maydonini Gauss teoremasi bo'yicha hisoblash mumkin bo'lgan elektr maydon kuchi vektorining oqim qiymati bilan tavsiflash mumkin. Gauss teoremasi yopiq sirt orqali elektr maydon kuchi oqimi va bu sirt ichidagi zaryad o'rtasidagi munosabatni o'rnatadi. Intensivlik oqimi ma'lum bir hudud yuzasida maydonning taqsimlanishiga bog'liq va bu sirt ichidagi elektr zaryadiga proportsionaldir.
Agar izolyatsiyalangan o'tkazgich elektr maydoniga joylashtirilsa, u holda bepul to'lovlarda q o'tkazgichga ta'sir qiluvchi kuch bo'ladi. Natijada, o'tkazgichda erkin zaryadlarning qisqa muddatli harakati sodir bo'ladi. Bu jarayon o'tkazgich yuzasida paydo bo'lgan zaryadlarning o'z elektr maydoni tashqi maydonni to'liq qoplaganda, ya'ni zaryadlarning muvozanat taqsimoti o'rnatilganda tugaydi, bunda o'tkazgich ichidagi elektrostatik maydon yo'qoladi: umuman. o'tkazgich ichidagi nuqtalar E= 0, ya'ni maydon yo'q. Supero'tkazuvchilar sirtiga yaqin joylashgan elektrostatik maydonning kuch chiziqlari sirtga perpendikulyar. Agar shunday bo'lmasa, u holda maydon kuchining tarkibiy qismi bo'lar edi, oqim o'tkazgich yuzasi bo'ylab va sirt ustida oqadi. Zaryadlar faqat o'tkazgich yuzasida joylashgan, o'tkazgich yuzasidagi barcha nuqtalar bir xil potentsial qiymatga ega. Supero'tkazuvchilar yuzasi ekvipotensial sirtdir. Agar o'tkazgichda bo'shliq mavjud bo'lsa, unda undagi elektr maydoni ham nolga teng; elektr qurilmalarning elektrostatik himoyasi bunga asoslanadi.
Agar dielektrik elektrostatik maydonga joylashtirilsa, unda polarizatsiya jarayoni sodir bo'ladi - dipol yo'nalishi jarayoni yoki elektr maydoni ta'sirida maydon bo'ylab yo'naltirilgan dipollarning paydo bo'lishi. Bir hil dielektrikda elektrostatik maydon qutblanish tufayli yuzaga keladi (qarang. Dielektriklarning qutblanishi ) ichida kamayadi bir marta.
Masofadagi harakat (uzoq masofa)
Elektr zaryadlarining o'zaro ta'siri tushunchasi ko'rib chiqiladi, bu zaryadlarning o'zaro ta'sirini aniq tushuntiradi. Xuddi shu belgili zaryadlar qaytaradi, qarama-qarshi belgili zaryadlar esa tortadi. Kulon qonuni ikkita nuqtaviy zaryad uchun amal qiladi, agar yaqin boshqa zaryadlar bo'lmasa yoki ularning qiymati arzimas bo'lsa, ya'ni, xuddi ikkita ta'sir qiluvchi nuqta zaryadlari mavjud. Agar zaryadlar harakatda bo'lsa, nuqta zaryadlari bo'lmasa yoki bu zaryadlar boshqa zaryadlarning elektr maydonida harakat qilsa, Kulon qonuni formulasini qo'llash mumkin emas.
Zaryadlarning o'zaro ta'sirining elektr kuchi kontaktsiz harakat sifatida tavsiflanadi, boshqacha aytganda, uzoq masofali harakat, ya'ni masofadagi harakat mavjud. Bunday uzoq masofali harakatni tasvirlash uchun elektr maydon tushunchasini kiritish va undan masofadagi harakatni tushuntirish uchun foydalanish qulay.
Elektr maydoni tushunchasi matematik tilda matematik ifoda va atamalarda ifodalanadi.
Elektr kuchlari kontaktsizdir
Kuch tushunchasi Nyutonning uchta qonunida belgilab berilgan fizikadagi kuch tushunchasi (vakoli). Ikki toifadagi kuchlar mavjud: aloqa kuchlari va kontaktsiz kuchlar. Gravitatsion va elektr kuchlari kontaktsiz bo'lib, uzoq masofali kuchlar deb ataladi.
Gravitatsion kuchlar uzoq masofali kuchlar bo'lib, ular bir-biridan ma'lum masofada bo'lsa ham, ikki jism o'rtasida harakat qiladi. Tepalikdan erkin aylanib yuradigan mashina Yer boshqa jismoniy jismni - avtomobilni o'ziga tortganda uzoq masofali kuchlarga misol bo'ladi. Agar siz artilleriya qurolidan raketa uchirsangiz, u parabolik traektoriya bo'ylab harakatlanadi. Snaryadning parvozi paytida u Yer bilan va hatto uning yuzasi bilan aloqa qilmaydi, bu ular o'rtasida aloqa yo'qligini ko'rsatadi. Yer va uchuvchi snaryadning tortishish kuchlarining kontaktsiz ta'siri. Elektr zaryadlari bunday uzoq masofali o'zaro ta'sirga o'xshaydi. Bunday o'zaro ta'sirni maydonning matematik tasviri (elektr, tortishish) yordamida tasvirlash qulay.
Elektr maydoni tushunchasi
Masalan, bir gektar maydonga ega haqiqiy dalani tasavvur qiling. Bug'doy bilan ekilgan bo'lsin. Aytaylik, siz bug'doy donining har bir donasi bu maydonning qayerda joylashganini va uning massasi qanday ekanligini o'rganmoqchi edingiz. Buning uchun siz bir varaq qog'ozni olishingiz va ushbu maydonning maydonini masshtabda chizishingiz kerak, avval X va Y koordinata o'qlarini chizishingiz kerak bo'ladi. Shunday qilib, siz koordinatalar to'riga o'xshash koordinatalarga ega bo'lasiz. jadval, bu erda har bir katakning X va Y qiymatlari ko'rinishidagi o'z manzili mavjud.Faraz qiling, siz ushbu maydondagi har bir donani topib, uni torting va natijani shu joyga mos keladigan katakchaga yozing. Haqiqiy bug'doy maydonini to'liq o'rganish natijasida siz har bir don uchun massa qiymatlari shaklida qog'oz varag'ida uning mavhum matematik tasvirini olasiz. Xuddi shu tarzda, siz haqiqiy maydonning har bir joyida harorat, namlik va boshqa jismoniy parametrlarni tekshirishingiz va natijalarni elektron jadvalga kiritishingiz mumkin. Bu sohaning matematik mavhum tasviri.
Turli xil jismoniy miqdorlar va xususiyatlar mavjud bo'lib, ularni ikki turga bo'lish mumkin. Bular skalyar, ya'ni harorat, namlik, massa, zichlik kabi yo'nalishi bo'lmagan kattaliklar va vektor fizik kattaliklar bo'lib, ular skalyarlardan farqli o'laroq, nafaqat hajmi (soni), balki yo'nalishi bilan ham tavsiflanadi. Kuch kabi jismoniy miqdor vektor kattalikdir, ya'ni u nafaqat o'lchamga (shuningdek, skalyarlarga), balki yo'nalishga ham ega. Yo'nalishni qanday hisobga olish kerak? Uni qanday o'lchash mumkin? Harorat, namlik va bosim chiziq shaklida shkalaga ega (bir koordinata o'qi). Bu skalerlarni o'lchash usuli. Tekislikdagi vektor kattaliklari uchun ikkita koordinata o'qi, fazoda esa uchta koordinata o'qi kerak bo'ladi. Vektor kattaliklarining yo'nalishini aniqlash va o'lchash uchun vektorning boshlanish nuqtasiga nisbatan burilish burchagi qiymatidan foydalaniladi. Vektorni yozish uchun qutb koordinatalaridan foydalanish eng qulaydir, lekin odatiy Dekart koordinatalari bilan ishlash juda mumkin.
Yuqoridagi bug'doy dalasi misolida don massasini o'lchashda skalyar miqdor, massa uchun matematik belgi yaratildi. Bunday belgini skalyar matematik maydon deb atash mumkin. Kosmosda uzoq masofada, ya'ni kontaktsiz ta'sir qiluvchi elektr kuchlarini shu tarzda tasvirlash uchun vektor matematik yozuvidan foydalanish kerak. Ushbu vektor yozuvi faqat elektr maydoni deb ataladigan narsani ifodalaydi. Vektor maydonlari skalyardan kattaroq murakkabligi va chuqurroq tushunilishi bilan farq qiladi, chunki jismoniy kuchlarning kattaligiga (skalar) qo'shimcha ravishda ta'sir yo'nalishlarini ham hisobga olish kerak.
Shuni esda tutish kerakki, qog'ozdagi yozuv, maydonni shaklda tasvirlash shunchaki rekorddir va haqiqatda fazoda bunday kuch chiziqlari yo'q. Har bir yozuvning orqasida maydon tasviri asl nusxasi, ya’ni kuchlarning fazodagi real ta’siri, potentsial yoki haqiqiy harakatda bo‘ladi. Aytishimiz mumkinki, elektr maydonini raqamlar va chiziqlar, ranglar va boshqalar shaklida yozib olish. - bu ta'sir qiluvchi kuchlarning manbalari elektr zaryadlari bo'lgan tekshirilayotgan fazoning fotosurati. Bunday "fotosurat" ni maxsus turdagi materiya deb atash mumkin emas, ammo ta'kidlash mumkinki, butun makon maydonlar bilan to'ldirilgan, ularning manbalari uzoq masofali kuchlardir. Kuch manbai birlamchi, vektor yoki skalyar maydonning matematik yozuvi esa ikkinchi darajali. Quvvat manbai haqiqiy, yozuv esa shunchaki "fotosurat", asl nusxaning tasviri.
Elektr maydoni tasviri
Elektr zaryadlari kuchlarining ta'sirini qayd etish, ma'lumot shaklida taqdim etish uchun kosmosda ikki turdagi kuch chiziqlari shaklida tasvirlangan matematik vektor maydoni qo'llaniladi. Chiziqning bir turi ekvipotentsialdir, ya'ni potentsialning (kuchning) teng qiymatlari bilan hosil bo'ladi, boshqa turdagi chiziq esa kuch deb ataladi. Ushbu kuch chiziqlari ekvipotentsial chiziqlarni kesib o'tadi va kosmosdagi nuqtalardagi kuchlarning qiymati uchun shkala hisoblanadi. Elektr maydonining rasmini qurish uchun elektr maydon kuchining qiymatini hisoblash qo'llaniladi. Elektr maydonini tasvirlash orqali zaryadlarning o'zaro ta'sirini tasvirlash uchun intensivlik qiymati asosiy hisoblanadi.
MA'RUZA ISHLARI
ELEKTROSTATIKA
1-ma'ruza
ELEKTROSTATIKA ASOSLARI
VAKUUMDAGI ELEKTROSTATIKA
ELEKTR ZARJ
Elektr yoki elektrostatik o'zaro ta'sir fizikada ko'rib chiqiladigan o'zaro ta'sirning asosiy turlaridan biridir. elektr kuchlari masalan, elektronlar va protonlar o'rtasida, shuningdek elektronlar o'rtasida harakat qiladi. Bu kuchlar tortishish kuchidan ancha katta va elektr zaryadlari tomonidan hosil bo'ladi.
Elektr haqida birinchi ma'lumot ishqalanish natijasida olingan elektr zaryadlarini bildiradi. 1800 yildan keyin akkumulyatorlar ixtiro qilinishi bilan yorug'lik lampalari va elektr motorlarini tok bilan ta'minlaydigan elektr zanjirlari paydo bo'ldi. 1752-53 yillarda. Rossiyada Lomonosov va Richmann, Amerikada Franklin isbotladi umumiy tabiat atmosfera elektr energiyasi va ishqalanish vaqtida elektrlashtirish. Sochni taroq bilan tarashda kuzatilgan kuchli chaqmoq va zaif uchqunlar havodagi elektr zaryadlari bo'lib, faqat hodisa miqyosida farqlanadi.
Barcha elektrodinamikaning boshlang'ich nuqtasi "elektr zaryadi" va "elektromagnit maydon" kabi tushunchalardir. "Elektr zaryadi" tushunchasi zaryadlangan jismlar va zarrachalarning xossalari bilan chambarchas bog'liq bo'lib, ular hosil bo'lishida namoyon bo'ladi. elektromagnit maydon zaryadga hamroh bo'lib, maydonning zaryadga kuch ta'sirida. Zaryadlangan jismlarning bu ikki xil xossalari - maydon yaratish va boshqa zaryadlar maydonining ta'sirini boshdan kechirish - bir xil qiymat bilan tavsiflanadi - elektr zaryadi q.
Zaryadning kattaligi jismoniy o'lchovlarda elektromagnit o'zaro ta'sirning turli ko'rinishlari bilan aniqlanadi. Demak, tinch holatdagi nuqtaviy zaryadlar uchun ular orasidagi oʻzaro taʼsir kuchi zaryadlarning kattaligiga mutanosib boʻladi (Kulon qonuni). Shuning uchun birlik zaryadini tanlab, boshqa zaryadning qiymatini zaryadlarning o'zaro ta'sir kuchlarini solishtirish orqali aniqlash mumkin: birlik bilan birlik va noma'lum birlik.
Zaryad birligi - kulon (C).
Zaryad skalyar miqdor bo'lib, ifodalanadi haqiqiy raqamlar: ijobiy, nol yoki salbiy qiymatlarga ega bo'lishi mumkin. Zaryad qiymati Lorentz transformatsiyalari uchun o'zgarmasdir, ya'ni. qandaydir jism yoki zarrachaning zaryadi barcha inertial sanoq sistemalarida bir xil son bilan ifodalanadi. Va nihoyat, zaryad qo'shimcha miqdordir: bir nechta nuqta zaryadlari bitta "natijadagi" zaryadga birlashtirilganda, u bog'langan zaryadlarning algebraik yig'indisiga teng bo'ladi. Har qanday zaryadlangan jismlar va zarralar tizimining zaryadi alohida jismlar va zarralar zaryadlarining yig'indisiga teng. Makroskopik jismning zaryadi uning qismlari zaryadlarining yig'indisiga teng.
Elektr zaryadi tabiatda diskretdir. Elektr zaryadining maydalanish chegarasi - elektronlar, protonlar va boshqa elementar zarrachalarga xos bo'lgan elementar zaryad, uning moduli. e\u003d 1,6021892 10 S.
Subelementar zarralar - kvarklar ± zaryadga ega e/ 3 yoki ±2 e/ 3, lekin ular erkin holatda kuzatilmaydi.
Klassik elektrodinamikada makroskopik zaryadlar ko'rib chiqiladi, ular uzluksiz hisoblanadi va zaryadlarni faqat eng kichik elementar zaryad mavjudligini hisobga olmagan holda uzluksiz deb hisoblash mumkin. Bundan kelib chiqadiki, cheksiz kichik zaryad tushunchasi dq jismoniy va tom ma'noda matematik emas: dq ba'zi to'liq zaryad bilan solishtirganda kichik q, lekin baribir elementar zaryad bilan solishtirganda shunchalik kattaki, elementar zaryadlarning diskretligini e'tiborsiz qoldirish mumkin.
Elektr zaryadining uzluksizligi uning chiziq, sirt, fazoda uzluksiz taqsimlanishiga ham imkon beradi. Bu taqsimot zaryad zichligi bilan tavsiflanadi. Agar zaryad ma'lum bir chiziq bo'ylab taqsimlangan bo'lsa, unda chiziqli zichlik haqida gapiriladi:
zaryadni sirt ustida taqsimlashda kontseptsiya kiritiladi sirt zichligi
agar zaryad kosmosning biron bir mintaqasida joylashgan bo'lsa, unda uning taqsimlanishi tasvirlangan massa zichligi
Klassik elektrodinamikadagi "nuqtaviy zaryad" tushunchasiga ikki tomonlama ma'no berish mumkin. Birinchidan, cheksiz kichik zaryad nuqtaviy zaryad sifatida qabul qilinadi dq cheksiz kichik hajmdagi fazoda joylashgan. Nuqtaviy zaryadning ushbu modeli unga mos keladi uzluksiz taqsimlash kosmosda, keyin dq=rdV. Ikkinchidan, ko'p hollarda makroskopik zaryad bo'lganda, kosmosda diskret nuqta zaryadining modeli qo'llaniladi q har qanday o'lchamdagi fazoning geometrik nuqtasida joylashgan.
Elektronning elementar elektr zaryadi e ham nuqtali. Ammo elementar zarrachalarning diskret zaryadlariga kelsak, klassik elektrodinamika doirasida zaryadlarning kattaligi va fazoviy taqsimotidagi diskretligi bilan elektromagnit o'zaro ta'sirga kiritilgan xususiyatlar haqida savol berishning iloji yo'q. Elementar zaryadlarning o'zaro ta'siri kvant elektrodinamika bilan tavsiflanadi.
Elektr zaryadlarining saqlanish qonuni energiya, impuls va burchak momentumning saqlanish qonunlari bilan bir qatorda fizikaning asosiy qonunidir. Ushbu qonunga muvofiq elementar zarralarning bir-biri bilan ma'lum bo'lgan har qanday o'zaro ta'siri uchun zarrachalarning o'zaro ta'sir qilishdan oldingi elektr zaryadlarining algebraik yig'indisi o'zaro ta'sirdan keyingi zarralarning elektr zaryadlarining yig'indisiga teng bo'ladi.. Bunday holda, zarrachalar saqlanishi shart emas va ularning umumiy soni ham saqlanib qolmaydi, chunki ba'zi zarralar yo'qoladi, boshqalari paydo bo'ladi.
Klassik elektrodinamika zaryadlangan zarrachalarning o'zaro o'zgarishi sodir bo'lmaydigan jarayonlarni o'rganadi, shuning uchun bu erda zaryadning saqlanish qonuni uning tashuvchilari - elektronlar va protonlarning saqlanishining oddiy natijasidir. IN izolyatsiya qilingan tizim elektr zaryadi saqlanib qoladi.
Jismlar ishqalanish natijasida elektrlashtirilganda, har ikkala jism ham doimo elektrlanadi va ulardan biri musbat zaryad oladi, ikkinchisi esa bir xil kattalikdagi manfiy zaryad oladi, agar jismlar o'zaro ta'sir qilishdan oldin elektr neytral bo'lsa. Shunday qilib, elektr zaryadlari paydo bo'lmaydi va yo'qolmaydi, ular faqat bir jismdan ikkinchisiga o'tishi yoki ma'lum bir jism ichida harakatlanishi mumkin. Har qanday neytral moddada ikkala belgining zaryadlari teng miqdorda bo'ladi va ishqalanish paytida ikki jismning tegishi natijasida zaryadlarning bir qismi bir jismdan ikkinchisiga o'tadi. Har bir tanadagi musbat va manfiy zaryadlar yig'indisining tengligi buziladi va ular turlicha zaryadlanadi.
PENDANT QONUNI
Elektr zaryadlarining o'zaro ta'sirining asosiy qonuni 1785 yilda Charlz Kulon tomonidan tajriba yo'li bilan topilgan. Coulomb buni topdi ikkita kichik zaryadlangan metall sharlar orasidagi o'zaro ta'sir kuchi ular orasidagi masofaning kvadratiga teskari proportsionaldir va zaryadlarning kattaligiga bog'liq va:
proporsionallik koeffitsienti qayerda. Zaryadlarga ta'sir qiluvchi kuchlar markaziy, ya'ni ular zaryadlarni tutashtiruvchi to'g'ri chiziq bo'ylab yo'nalgan. Uchun bir xil nomdagi to'lovlar mahsulot va kuch zaryadlarning o'zaro itarishiga, qarama-qarshi zaryadlar uchun, kuch esa zaryadlarning o'zaro tortilishiga mos keladi.
Kulon qonuni vektor shaklida yozilishi mumkin:
,
zaryad tomonidan zaryadga ta'sir qiluvchi kuch vektori qayerda,
Radius vektor zaryadini zaryad qilish uchun ulash; radius vektorining moduli.
Yon tomondan zaryadga ta'sir qiluvchi kuch
, .
Zaryadlarga ta'sir qiluvchi kuchlar markaziy bo'lib, zaryadlarni bog'laydigan to'g'ri chiziq bo'ylab yo'naltirilgan (1.1.1-rasm).
Ushbu shakldagi Kulon qonuni faqat nuqta elektr zaryadlarining o'zaro ta'siri uchun amal qiladi, ya'ni ular orasidagi masofaga nisbatan chiziqli o'lchamlarini e'tiborsiz qoldiradigan bunday zaryadlangan jismlar. Bundan tashqari, u qo'zg'almas elektr zaryadlari orasidagi o'zaro ta'sir kuchini ifodalaydi, ya'ni bu elektrostatik qonundir.
Kulon qonunining formulasi:
Ikki nuqta elektr zaryadlari orasidagi elektrostatik o'zaro ta'sirning kuchi zaryadlar kattaliklarining mahsulotiga to'g'ridan-to'g'ri proportsional, ular orasidagi masofaning kvadratiga teskari proportsionaldir., va zaryadlarni tutashtiruvchi to'g'ri chiziq bo'ylab yo'naltirilgan.
Kulon qonunidagi mutanosiblik koeffitsienti muhitning xususiyatlariga va formulaga kiritilgan miqdorlar uchun o'lchov birliklarini tanlashga bog'liq. Shuning uchun uni munosabat bilan ifodalash mumkin
bu erda faqat birliklar tizimini tanlashga bog'liq bo'lgan koeffitsient; - muhitning elektr xossalarini tavsiflovchi o'lchamsiz kattalik muhitning nisbiy o'tkazuvchanligi deyiladi. Bu birliklar tizimini tanlashga bog'liq emas va vakuumdagi bittaga teng.
Keyin Kulon qonuni quyidagi shaklni oladi:
vakuum uchun, keyin - muhitning nisbiy o'tkazuvchanligi ma'lum bir muhitda bir-biridan uzoqda joylashgan ikkita nuqta elektr zaryadlari o'rtasidagi o'zaro ta'sir kuchi vakuumdagidan necha marta kamroq ekanligini ko'rsatadi.
SI tizimida koeffitsient va Kulon qonuni quyidagi shaklga ega:
.
Bu Coulomb qonunining ratsionallashtirilgan yozuvidir. Bu erda elektr doimiysi, .
Vektor shaklida Kulon qonuni shaklni oladi 
bu yerda zaryad tomonidan zaryadga ta'sir etuvchi kuch vektori, zaryaddan zaryadga tortilgan radius vektor (1.1.2-rasm), r radius vektorining moduli hisoblanadi.
Har qanday zaryadlangan jism ko'p nuqtali elektr zaryadlardan iborat, shuning uchun bir zaryadlangan jism boshqasiga ta'sir qiladigan elektrostatik kuch tengdir. vektor yig'indisi birinchi jismning har bir nuqta zaryadi ikkinchi jismning barcha nuqta zaryadlariga tatbiq etilgan kuchlar.
ELEKTR MAYDON. ELEKTROSTATIK MAYDON KUCH
Elektr zaryadi joylashgan bo'shliq ma'lum jismoniy xususiyatlarga ega. Hamma uchun boshqa bu bo'shliqqa kiritilgan zaryadga elektrostatik Kulon kuchlari ta'sir qiladi. Agar kuch fazoning har bir nuqtasida harakat qilsa, u holda biz bu fazoda kuch maydoni borligini aytamiz. Maydon materiya bilan birga materiyaning bir shaklidir. Agar maydon statsionar bo'lsa, ya'ni vaqt o'tishi bilan o'zgarmasa va statsionar elektr zaryadlari tomonidan yaratilsa, bunday maydon elektrostatik deyiladi. Elektrostatika faqat elektrostatik maydonlarni va sobit zaryadlarning o'zaro ta'sirini o'rganadi.
Elektr maydonini tavsiflash uchun kuchlanish tushunchasi kiritiladi. Elektr maydonining har bir nuqtasidagi intensivlik vektor deb ataladi, bu maydon ma'lum bir nuqtada joylashtirilgan sinov musbat zaryadga ta'sir qiladigan kuchning nisbatiga va bu zaryadning kattaligiga va yo'nalishga qaratilgan. kuchdan.
Maydonga kiritilgan sinov to'lovi ball to'lovi sifatida qabul qilinadi. Uning yordami bilan o'lchanadigan maydonni yaratishda ishtirok etmaydi. Bundan tashqari, bu zaryad o'rganilayotgan maydonni buzmaydi, ya'ni u etarlicha kichik va maydonni hosil qiluvchi zaryadlarning qayta taqsimlanishiga olib kelmaydi deb taxmin qilinadi.
Agar maydon sinov nuqtasi zaryadiga kuch bilan ta'sir qilsa, u holda intensivlik
SI tizimidagi kuchlanish birliklari N/Cl=V/m.
Nuqtaviy zaryadning maydon kuchining ifodasi:
.
Vektor shaklida:
Bu erda zaryaddan olingan radius vektori q, qaysi maydon hosil qiladi, berilgan nuqtaga.
Shunday qilib, nuqtaviy zaryadning elektr maydon kuchining vektorlari q barcha nuqtalarda maydonlar zaryaddan radial tarzda, agar u musbat bo'lsa (1.1.3-rasm), manfiy bo'lsa, zaryadga qarab yo'naltiriladi (1.1.3-rasm).
Elektr maydonining grafik talqini uchun kontseptsiya kiritilgan maydon chizig'i yoki kuchlanish chiziqlari. Bu egri chiziq, har bir nuqtadagi tangens intensivlik vektoriga to'g'ri keladi. Kuchlanish chizig'i da boshlanadi musbat zaryad va salbiy bilan tugaydi. Kuchlanish chiziqlari kesishmaydi, chunki maydonning har bir nuqtasida kuchlanish vektori faqat bitta yo'nalishga ega.
SIda, Kulon qonunida proportsionallik koeffitsienti
k \u003d 9 10 9 N m 2 / C 2.
Kulon qonuniga ko'ra, vakuumda bir-biridan 1 m masofada joylashgan har biri 1 C bo'lgan ikkita nuqta zaryadi kuch bilan o'zaro ta'sir qiladi. F= 9·10 9 H, taxminan Misr piramidalarining og'irligiga teng. Ushbu hisob-kitobdan ma'lum bo'lishicha, kulon juda katta zaryad birligidir. Shuning uchun amalda odatda submultiple kulon birliklari qo'llaniladi.
Oldin ko'rib chiqilgan Kulon qonuni vakuumdagi nuqta elektr zaryadlarining o'zaro ta'sirining miqdoriy va sifat xususiyatlarini belgilaydi. Biroq, bu qonun zaryadlarning o'zaro ta'siri mexanizmi haqidagi juda muhim savolga javob bermaydi, ya'ni. bunda bir zaryadning harakati boshqasiga o'tadi. Bu savolga javob izlash ingliz fizigini boshlab berdi M. Faraday elektr maydonining mavjudligi haqidagi gipotezaga, uning haqiqiyligi keyingi tadqiqotlar bilan to'liq tasdiqlangan. Faraday g'oyasiga ko'ra, elektr zaryadlari bir-biriga bevosita ta'sir qilmaydi. Ularning har biri atrofdagi fazoda elektr maydonini hosil qiladi. Bir zaryadning maydoni boshqa zaryadga ta'sir qiladi va aksincha.
Yuqoridagilarning barchasi bizga quyidagi ta'rifni berishga imkon beradi:
elektr maydoni - bu elektr zaryadlarining o'zaro ta'siri amalga oshiriladigan maxsus turdagi materiya.
Elektr maydonining xususiyatlari
Elektr maydoni moliyaviy jihatdan, ya'ni. bizning bilimimizdan mustaqil ravishda mavjud.
Elektr zaryadi natijasida hosil bo'ladi: har qanday zaryadlangan jism atrofida elektr maydoni mavjud.
Statsionar elektr zaryadlari tomonidan yaratilgan maydon deyiladi elektrostatik .
Elektr maydoni o'zgaruvchan magnit maydon tomonidan ham yaratilishi mumkin. Bunday elektr maydoni deyiladi girdob .
Elektr maydoni tomonidan tarqatilgan bilan kosmosda yakuniy tezlik yorug'likning vakuumdagi tezligiga teng.
Elektr maydonining elektr zaryadlarga ta'siri
Elektr maydoni sifatida qarash mumkin matematik model miqdorning qiymatini tavsiflash kuchlanish kosmosning ma'lum bir nuqtasida elektr maydoni.
Elektr maydoni - bu tarkibiy qismlaridan biri birlashtirilgan elektromagnit maydon Va elektromagnit o'zaro ta'sirning namoyon bo'lishi
Kirish kerak maydonning miqdoriy xususiyatlari. Shundan so'ng, elektr maydonlarini bir-biri bilan taqqoslash va ularning xususiyatlarini o'rganishni davom ettirish mumkin.
Elektr maydonini o'rganish uchun biz foydalanamiz sinov to'lovi: ostida sinov to'lovi biz o'rganilayotgan elektr maydonini o'zgartirmaydigan ijobiy nuqta zaryadini tushunamiz .
Elektr maydoni q 0 nuqtaviy zaryad bilan yaratilsin. Agar bu maydonga sinov zaryadi q 1 kiritilsa, u holda unga kuch ta'sir qiladi.
Eslatma Bu mavzuda biz ikkita zaryaddan foydalanamiz: elektr maydonining manbai q 0 va sinov zaryadi q 1. Elektr maydoni faqat sinov zaryadiga ta'sir qiladi q 1 va uning manbaiga ta'sir qila olmaydi, ya'ni. q 0 zaryadida.
Kulon qonuniga ko'ra, bu kuch q 1 zaryadga proportsionaldir:
.
Shuning uchun, maydonning ma'lum bir nuqtasida joylashgan q 1 zaryadiga ta'sir qiluvchi kuchning maydonning istalgan nuqtasida ushbu zaryadga nisbati:
qo'yilgan zaryadga bog'liq emas q 1 va maydonning xarakteristikasi sifatida qaralishi mumkin. Bu quvvat xususiyati maydonlar deyiladi elektr maydon kuchi .
Kuch kabi maydon kuchi vektor miqdori bo'lib, u harf bilan belgilanadi.
Maydon kuchi nuqtaviy zaryadga ta'sir qiladigan kuchning ushbu zaryadga nisbatiga teng.
