Oxirgi darsda o'rganilgan Kulon qonuni eksperimental tarzda o'rnatildi va tinch holatda bo'lgan zaryadlangan jismlar uchun amal qiladi. Masofadagi zaryadlangan jismlarning o'zaro ta'siri qanday sodir bo'ladi? Bir muncha vaqtgacha, elektr o'zaro ta'sirini o'rganishda ikkita tubdan farqli nazariyalar yonma-yon ishlab chiqilgan: qisqa masofalar nazariyasi Va uzoq muddatli nazariya(masofadagi harakat).
Radio signallari uchun ko'pgina yo'nalishli antennalar ushbu printsipdan foydalangan holda qurilgan. Antennaning tuzilishi qanday bo'lishidan qat'i nazar, u doimo signalni sezilarli darajada kuchaytira oladigan va shu bilan signalni aniqlash sifatini yaxshilaydigan asosiy komponent - reflektorga ega. Ushbu reflektor har qanday shaklda bo'lishi mumkin, u ko'zguga juda o'xshash bo'lishi mumkin, sun'iy yo'ldosh antenna deflektorining parabolik shakli. Asosan, deflektor intensivlikni jamlaydigan birlik bo'lishi mumkin elektr maydoni.
Chunki metallar elektr va elektromagnit maydonlar, bu xususiyat Faraday kafesi deb nomlanuvchi elektrostatik himoya qafasida ishlatiladi. Ushbu hujayralarning materiallari ular ichidagi bo'shliqni elektr va elektromagnit maydon ta'siri bilan butunlay izolyatsiya qiladi. Elektr dahosi Nikola Tesla bu xususiyatni yaxshi bilar edi va uning tomoshabinlari rezonans transformator tomonidan yaratilgan yagona elektr razryad bilan o'ralgan qafas ichida paydo bo'lganidan hayratda edi. Endi biz uni Tesla transformatori yoki Tesla bobini deb ataymiz.
Qisqa masofa nazariyasi zaryadlangan jismlar bir-biri bilan oraliq zveno orqali o'zaro ta'sir qiladi (masalan, quduqdan chelakni ko'tarish masalasidagi zanjir oraliq bo'g'in bo'lib, u orqali biz chelakda harakat qilamiz, ya'ni biz ko'taramiz. u).
Uzoq masofa nazariyasiga ko'ra, zaryadlangan jismlar bo'shliq orqali o'zaro ta'sir qiladi. Charlz Kulon ushbu nazariyaga amal qildi va zaryadlangan jismlar bir-birini "sezishini" aytdi. IN XIX boshi asrda, Maykl Faraday nizolarga chek qo'ydi (1-rasm). Elektr maydoni bilan bog'liq ishlarda u zaryadlangan jismlar o'rtasida ma'lum bir ob'ekt borligini aniqladi, u zaryadlangan jismlarning bir-biriga ta'sirini amalga oshiradi. Maykl Faradayning ishi Jeyms Maksvell tomonidan tasdiqlangan (2-rasm). U bir zaryadlangan jismning boshqasiga ta'siri cheklangan vaqt ichida davom etishini ko'rsatdi, shuning uchun zaryadlangan jismlar o'rtasida o'zaro ta'sir amalga oshiriladigan oraliq aloqa bo'lishi kerak.
Ottavadagi Kanada fan va texnologiya muzeyida Tesla lasan va inson hamster g'ildiragi. Muzeyga tashrif buyuruvchilar uchqun yaratish uchun taxminan 100 vatt energiya ishlab chiqarishlari kerak. "Yonayotgan odam" shousida Megavolta. Yashirin uchrashuvlar uchun zamonaviy konferentsiya zallari ham Faraday qafasi yordamida qurilgan. Bino devorlarida ular radiatsiya ta'sirida modulyatsiyalangan javob signalini hosil qiladi va amerikalik diplomatlarning sirlarini yozib olishga imkon beradi degan taxmin ostida qilingan yotoq hasharotlarini yaratdilar.
Elektr maydonidan foydalanadigan tizimlar va qurilmalarga misollar
Elektr maydonidan foydalanishning ko'plab misollari mavjud va elektr maydonining ta'siridan himoya qilishning ko'plab misollari mavjud.
tunnel effektli mikroskop
Tunnel mikroskopining ishlash tamoyillaridan biri namuna va kuch zond o'rtasida namunadan chiqib ketayotgan elektronlar bajaradigan ishdan ortiq elektr maydonini yaratishdir. Bu prob va namuna o'rtasida potentsial farqni yaratish va ular orasida 1 nanometrdan kamroq bo'lishi uchun ularga yaqinlashish orqali amalga oshiriladi. Keyin biz namunaning sirtini xaritalashimiz va zondni namuna yuzasiga siljitganda tunnel oqimini o'lchash orqali uning profili haqida tasavvurga ega bo'lishimiz mumkin.
Guruch. 2. Jeyms Klerk Maksvell ()
Ta'rif: Elektr maydoni - bu materiyaning maxsus shakli bo'lib, u tinch holatda bo'lgan zaryadlar tomonidan yaratilgan va boshqa zaryadlar bo'yicha harakat bilan belgilanadi.
Elektr maydoni ma'lum qiymatlar bilan tavsiflanadi. Ulardan biri kuchlanish deb ataladi.
Butun dunyodagi meteorologik stansiyalardan ionosferaga yuzlab ovoz chiqaradigan sharlar uchiriladi. Ular balonlarga biriktirilgan. Ushbu qurilma mexanik tebranishlarga juda sezgir bo'lganligi sababli, tunnel mikroskoplari joylashgan muhitlar maxsus xususiyatlarga ega. Ulardan biri yaxshi ovoz yalıtımı - pollar, shiftlar va derazalar yuzasi tovush to'lqinlaridan kelib chiqadigan tebranishlarni o'zlashtiradigan materiallar bilan qoplangan bo'lishi kerak.
O'lchov va xavfsizlik asboblari
Ish muhitiga qo'yiladigan talablar binolarni ulardagi elektr maydonining intensivligiga qarab tasniflaydi. Ushbu darajaga qarab, ushbu tuzilmalarda o'tgan vaqt yuqori darajada tartibga solinadi. Elektr maydonining kuchi turli xil asboblar yordamida o'lchanadi.
Eslatib o'tamiz, Coulomb qonuniga ko'ra, ikkita zaryadning o'zaro ta'sir kuchi:
bu yerda l - zaryadlangan zarralar orasidagi masofa, c - yorug'lik tezligi, elektromagnit to'lqinlarning tarqalish tezligi.
Ikki zaryadning o'zaro ta'siri bo'yicha tajribani ko'rib chiqing. Elektr maydoni musbat zaryad +q 0 va sinov, nuqta bilan yaratilsin musbat zaryad+q (3a-rasm). Kulon qonuniga ko'ra, sinov zaryadiga elektr maydonini yaratuvchi zaryaddan elektrostatik o'zaro ta'sir kuchi ta'sir qiladi. Keyin bu kuchning sinov zaryadining qiymatiga nisbati ma'lum bir nuqtada elektr maydonining ta'sirini tavsiflaydi. Agar bu nuqtada ikki barobar kattaroq sinov zaryadi joylashtirilsa, u holda o'zaro ta'sir kuchi ham ikki barobar ortadi (3b-rasm). Xuddi shunday, kuchning sinov zaryadining kattaligiga nisbati yana ma'lum bir nuqtada elektr maydonining ta'sirining qiymatini beradi. Elektr maydonining harakati sinov zaryadi manfiy bo'lsa ham aniqlanadi (3-rasm, c).
Meteorologlar zond sharlari yordamida yer yuzasida va turli atmosfera qatlamlarida uning intensivligini o‘lchash orqali Yerning elektr maydonini kuzatadilar. Yuqori kuchlanishli liniyalar bilan ishlaydigan elektrchilar elektr maydonining intensivligini nazorat qilish uchun turli xil ogohlantiruvchi qurilmalardan foydalanadilar. Ushbu qurilmalar qiymatlar xavfli deb hisoblangan kritik nuqtaga yetganda ogohlantiradi.
Elektrostatik va elektromagnit himoya
U elektrostatika ta'sirida kimyoviy tajriba o'tkazilgan muhitni himoya qilish uchun mo'ljallangan. Ushbu qurilma endi Faraday qafasi sifatida tanilgan. Tuzilishi qattiq teshilgan Supero'tkazuvchilar materialdan yoki Supero'tkazuvchilar qafasdan tayyorlanishi mumkin.
Guruch. 3. Ikki nuqtaviy zaryadning elektrostatik o'zaro ta'sirining kuchi
Shunday qilib, sinov zaryadi joylashgan nuqtada maydon quyidagi qiymat bilan tavsiflanadi:
Kuchlanish vektor kattalikdir kuch elektr maydonining xarakteristikasi, elektrostatik o'zaro ta'sir kuchi bilan bir xil yo'nalishda yo'naltiriladi. Unda joylashgan zaryadga elektr maydoni qanday kuch bilan ta'sir qilishini ko'rsatadi.
Mikroto'lqinli pech aslida Faraday qafasidir, faqat u blokirovka qiladi ichki qismi tashqi radiatsiyadan ko'ra. Quyidagi fotosuratda katakchaning o'lchami taxminan 3 mm ekanligini ko'rsatadi. Xuddi shu qurilma elektromagnit nurlanishni to'lqin uzunligi hujayra hujayralarining o'lchamidan yoki teshilgan metall qatlam bilan yaratilgan strukturadagi teshiklardan ancha kattaroq bo'lgan elektromagnit nurlanishni blokirovka qilish uchun muvaffaqiyatli ishlatilishi mumkin.
Zamonaviy texnologiyalar Faraday qafaslarini fizika va sinov laboratoriyalarida, analitik kimyo laboratoriyalarida va o'lchash asboblari. Ular, shuningdek, maxfiy uchrashuvlar uchun jihozlangan konferents-zallarga o'rnatilgan, shuningdek, oxirgi papani saylash paytida Vatikandagi kardinal konklavning yig'ilishlari uchun foydalaniladigan xonaga o'rnatilgan.
Yakka nuqtali zaryad yoki zaryadlangan sharning elektr maydoni kuchini ko'rib chiqing.
Intensivlik ta'rifidan kelib chiqadiki, ikkita nuqtaviy zaryadning o'zaro ta'sirida, ularning kulon o'zaro ta'sirining kuchini bilgan holda, biz bir nuqtada q 0 zaryad tomonidan yaratilgan elektr maydon kuchining kattaligini olishimiz mumkin. undan elektr maydoni o'rganilayotgan nuqtagacha bo'lgan masofa r:
Faraday qafaslari, masalan, ba'zi diagnostika markazlari va shifoxonalarda ham qo'llaniladi. magnit rezonanslar amalga oshiriladigan tuz. Hatto biz uyda ishlatadigan an'anaviy mikroto'lqinli pechlarda ham Faraday qafasi mavjud. Ichkariga qarashga imkon beruvchi shaffof oyna mikroto'lqinli radiatsiyaga kirmaydi, chunki u o'tkazuvchan to'r bilan qoplangan, uning hujayralari pechda ishlatiladigan elektromagnit nurlanishning to'lqin uzunligidan ancha kichikdir.
Birlashtiruvchi simlar va koaksiyal kabellarni ekranlash radioelektronika, kompyuter texnologiyalari va aloqa texnologiyalarida tashqi elektromagnit nurlanishni kabelning ishlashiga xalaqit berishdan himoya qilish, shuningdek, ichki elektromagnit nurlanishning atrof-muhitda tarqalishini oldini olish uchun keng qo'llaniladi.
Bu formula shuni ko'rsatadiki, nuqtaviy zaryadning maydon kuchi berilgan zaryaddan masofa kvadratiga teskari o'zgaradi, ya'ni, masalan, masofa ikki barobar oshsa, intensivlik to'rt marta kamayadi.
Keling, bir nechta zaryadlarning elektrostatik maydonini tavsiflashga harakat qilaylik. Bunday holda, barcha zaryadlarning intensivligining vektor qiymatlarini qo'shishdan foydalanish kerak. Biz sinov zaryadini kiritamiz va bu zaryadga ta'sir qiluvchi kuch vektorlarining yig'indisini yozamiz. Olingan kuchlanish qiymati ushbu kuchlarning qiymatlarini sinov zaryadining qiymatiga bo'lish orqali olinadi. Bu usul deyiladi superpozitsiya printsipi.
Elektr maydonining metallar va gazlarga ta'siri bo'yicha tajribalar
Plazma globusli neon chiroqni yoqish. Elektr maydon kuchini aniq o'lchash uchun maxsus qurilmalar talab qilinganligi sababli, bu erda biz elektr maydonining xususiyatlarini ko'rib chiqamiz. oddiy qurilmalar. O'lchanayotgan elektr maydonining intensivligi ko'rsatkichi sifatida biz neon chiroq, lyuminestsent chiroq yoki boshqa inert gaz bilan to'ldirilgan deşarj chiroqidan foydalanamiz. Elektr maydonini yaratish uchun plazma globusidan foydalanishimiz mumkin.
kuchlanish elektrostatik maydon yordamida odatda grafik tarzda ifodalanadi kuch chiziqlari, ular ham taranglik chiziqlari deb ataladi. Bunday tasvirni ma'lum bir zaryad yoki butun zaryadlangan jismlar tizimi yaqinida imkon qadar ko'p nuqtalarda maydon kuchi vektorlarini qurish orqali olish mumkin.
Biz taxminan 25 kHz chastotali yuqori quvvatli o'zgaruvchan elektr maydonini yaratishimiz mumkin. Agar biz plazma globusiga barmoqlarimiz bilan tegsak, u holda plazma simlari biz tegib turgan maydon atrofida to'planadi. Agar biz chiroqni Plazma Yer izolyatsiyasi sferasi yoniga qo'ysak, u porlay boshlaydi. Bu, shuningdek, chiroq singan, lekin uning trubkasi buzilmagan holda sodir bo'ladi. Akkor chiroq elektr maydonining mavjudligining ko'rsatkichidir.
Bu yorug'lik mumkin, chunki elektr maydoni ikkala chiroqni o'rab turgan oynaga kiradi. Elektr maydoni gaz atomlarining yuqori qismidagi elektronlarni qo'zg'atadi va bu atomlar normal holatga qaytganda, ular yorug'lik hosil qiladi. Agar siz qo'lingizni plazma globusining yoniga qo'ysangiz, plazma simi tez-tez bo'ladi, chunki qo'l chiroqqa yaqinroq bo'lgan nuqtada elektr maydonining intensivligi oshadi.
a) ijobiy b) salbiy
Guruch. 4. Nuqtaviy zaryadning elektr maydonining kuchlanish chiziqlari ()
Keling, kuch chiziqlari tasvirining bir nechta misollarini ko'rib chiqaylik. Kuchlanish chiziqlari musbat zaryaddan chiqadi (4-rasm, a), ya'ni musbat zaryad kuch chiziqlarining manbai hisoblanadi. Kuchlanish chiziqlari manfiy zaryadda tugaydi (4b-rasm).
Endi bir-biridan chekli masofada joylashgan musbat va manfiy zaryadlardan tashkil topgan tizimni ko'rib chiqamiz (5-rasm). Bunday holda, kuchlanish chiziqlari musbat zaryaddan manfiy zaryadga yo'naltiriladi.
Ikkisi orasidagi elektr maydoni katta qiziqish uyg'otadi cheksiz samolyotlar. Agar plitalardan biri musbat, ikkinchisi manfiy zaryadlangan bo'lsa, u holda samolyotlar orasidagi bo'shliq hosil bo'ladi. bir hil elektrostatik maydon, intensivlik chiziqlari bir-biriga parallel (6-rasm).
Guruch. 5. Ikki zaryadli sistemaning kuchlanish chiziqlari ()
Guruch. 6. Zaryadlangan plitalar orasidagi maydon kuchi chiziqlari ()
Qachon heterojen elektr maydoni, intensivlikning kattaligi kuch chiziqlarining zichligi bilan belgilanadi: bu erda kuch chiziqlari zichroq, maydon kuchining kattaligi kattaroq (7-rasm).
Guruch. 7. Bir xil bo'lmagan elektr maydoni ()
Ta'rif: Kuchlanish chiziqlari uzluksiz chiziqlar deb ataladi, har bir nuqtadagi tangenslar shu nuqtadagi intensivlik vektorlari bilan mos keladi.
Kuchlanish chiziqlari musbat zaryadlarda boshlanadi, manfiy zaryadlarda tugaydi va uzluksizdir.
Biz elektr maydonini o'zimiz xohlagancha kuch chiziqlari yordamida tasvirlashimiz mumkin, ya'ni kuch chiziqlari soni, ularning zichligi hech narsa bilan cheklanmaydi. Shu bilan birga, maydon kuchi vektorlarining yo'nalishini va ularning mutlaq qiymatlarini hisobga olish kerak.
Quyidagi izoh juda muhim. Avval aytib o'tganimizdek, Kulon qonuni faqat tinch holatda joylashgan nuqta zaryadlari, shuningdek zaryadlangan sharlar, sharlar uchun amal qiladi. Intensivlik esa, bu maydon yaratadigan zaryadlangan tananing shaklidan qat'i nazar, elektr maydonini tavsiflash imkonini beradi.
Adabiyotlar ro'yxati
- Myakishev G.Ya., Buxovtsev B.B., Sotskiy N.N. Fizika: darslik. 10 hujayra uchun. umumiy ta'lim muassasalar: asosiy va profil. darajalari. - M.: Ta'lim, 2008 yil.
- Kasyanov V.A. Fizika. 10-sinf: darslik. umumiy ta'lim uchun darslik muassasalar. - M.: Bustard, 2000 yil.
- Rymkevich A.P. Fizika. Vazifa kitobi. 10-11 sinflar: umumiy ta'lim uchun qo'llanma. muassasalar. - M.: Bustard, 2013 yil.
- Gendenshteyn L.E., Dik Yu.I. Fizika. 10-sinf. 14:00 da 1-qism. Ta'lim muassasalari uchun darslik (asosiy daraja) - M .: Mnemosyne, 2009.
- Nauka.guskoff.ru ().
- youtube().
- Physics.ru ().
Uy vazifasi
- Sahifa 378: № 1-3. Kasyanov V.A. Fizika. 10-sinf: darslik. umumiy ta'lim uchun darslik muassasalar. - M .: Bustard, 2000. ()
- Elektron 10 kV/m maydonda qanday tezlanish bilan harakat qiladi?
- Tomoni a bo'lgan teng yonli uchburchakning uchlarida +q, +q va -q zaryadlar joylashgan. Uchburchak markazida E maydon kuchini toping.
Buni hamma biladi elektr zaryadlari bir-biri bilan bevosita aloqada bo'lmang. Har bir zaryadlangan jism, shu jumladan uning atrofidagi bo'shliq faol elektr maydoni bilan o'ralgan. Shuning uchun o'zaro ta'sir to'g'ridan-to'g'ri zaryadlarning o'zlari o'rtasida emas, balki ularni o'rab turgan elektr maydonlari o'rtasida sodir bo'ladi. Har bir inson ma'lum bir kuchga ega, uning kattaligi har qanday zaryadga bevosita ta'sir qiladi. O'zaro ta'sir qilish qobiliyati sohaning asosiy xususiyatlaridan biri hisoblanadi.
Elektr maydonlarini tadqiq qilish
Elektr zaryadiga ega bo'lgan ob'ekt atrofida joylashgan elektr maydonini tekshirish uchun sinov zaryadi deb ataladigan narsa qo'llaniladi. Odatda, ular foydalanadilar nuqta zaryadi sinov deb ataladigan va o'rganilayotgan asosiy zaryadga sezilarli ta'sir ko'rsatmaydigan ahamiyatsiz qiymatga ega.
Zaryadlangan jismlarning miqdoriy parametrlarini maksimal aniqlik bilan aniqlash uchun elektr maydon kuchlarining chiziqlari bo'lgan maxsus miqdorlar mavjud. Bu kuchlanishning o'zi barqaror jismoniy miqdor ekanligi bilan bog'liq. Intensivlik qiymati sinov zaryadiga ta'sir qiladigan maydon kuchining ushbu zaryad qiymatiga nisbati sifatida hisoblanadi. Bunday holda, sinov to'lovi hisoblanadi ijobiy qiymat va ma'lum bir nuqtada joylashgan.
Kuchlanish chiziqlarining ta'rifi
Kuchlanish chiziqlari uning asosiy tavsiflovchi ko'rsatkichidir. Ular vektor jismoniy miqdor. Ularning fazoning istalgan nuqtasida yo'nalishi sinovdan o'tgan musbat zaryadga ta'sir qiluvchi kuch yo'nalishiga to'g'ri keladi. Statsionar va vaqt o'tishi bilan o'zgarmaydigan zaryadlar elektrostatik elektr maydoniga ega.
Bir vaqtning o'zida bir nechta zaryadlangan jismlar yordamida yaratilgan elektr maydonlarini o'rganishda ularning qiymati umumiy quvvat sinov zaryadiga ta'sir qiluvchi har bir zaryadlangan jismning geometrik qiymatlarining yig'indisi bo'ladi. Shuning uchun elektr maydon kuch chiziqlari har bir alohida nuqtada zaryadlar tomonidan yaratilgan barcha elektr maydon kuch chiziqlarining yig'indisini o'z ichiga oladi.
Shunday qilib, kuch chiziqlari elektr maydonlarining grafik ko'rsatkichlarini aniq ko'rsatadi. Har bir alohida nuqtada ular o'zlari bilan qat'iy munosabatda joylashgan tangens tomon yo'nalishga ega. Kuchlanish chiziqlari soni umumiy elektr maydoni intensivligi vektoriga proportsionaldir.
