Е. Т. Акимбеков физика пәнінен дәрістер курсы нұр-Сұлтан 2020
ІІІ БӨЛІМ. ЭЛЕКТР ЖӘНЕ МАГНЕТИЗМ
жүктеу/скачать 3.65 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Кілттік сөздер
| ІІІ БӨЛІМ. ЭЛЕКТР ЖӘНЕ МАГНЕТИЗМ
11-дәріс. ВАКУУМДАҒЫ ЭЛЕКТР ӨРІСІ Дәрістің мақсаты: Электрстатика заңы-Кулон заңын және Гаус теоремасын есептерге қолдана білу, электр өрісінің сипаттамаларын білу. Кілттік сөздер: Электр заряды, элементар заряд, электр өрісі, кернеулік, потенциал, потенциалдар айырымы, суперпозиция принципі, Кулон заңы, Гаусс теоремасы. Қарастырылатын сұрақтар: Электрстатикалық өріс. Электр өрісінің сипаттамалары. Кернеулік. Потенциал. Суперпозиция принципі. Кернеулік векторының ағыны. Гаусс теоремасы. Электрстатика — физиканың инерциялық санақ жүйесімен салыстырғанда қозғалмайтын электр зарядтарының өзара әсерін және олардың тепе-теңдік шартын қарастыратын саласы. Тыныштықта тұрған электр зарядтарының өрісін электрстатикалық өріс деп, ал сол зарядтардың өзара әсер күшін электрстатикалық күш деп атайды. Электрстатиканың негізіне Кулон заңы алынады. Электрстатикалық заңдары электр аппараттарында, электронды оптикалық приборларда, зарядты бөлшек үдеткіштерінде, т.б. приборлар мен құрылғыларда кеңінен қолданылады. Заряд маңындағы кеңістікте біртүрлі “ерекше материя” бар болып, ол арқылы зарядтар арасындағы өзара әсер күші тасымалданады. Бұл “ерекше материя” дегеніміз электр өрісі болып табылады. Дене зарядталған кезде оның маңындағы кеңістікте электр өрісін тудырады. Басқаша айтқанда, заряд немесе зарядталған дене үнемі өзі тудырған электр өрісінің қоршауында болады. Электр өрісінің бір маңызды қасиеті сол өрісте тұрған кез келген зарядтарға күш әсерін береді. Бұл күшті біз электр өрісінің күші деп атаймыз. Электр заряды – денелердің немесе бөлшектердің электрмагниттік әрекеттесу қабілетін сипаттайтын физикалық шама. Элементар заряд – шамасы электронның зарядына тең кішкентай оң немесе тең заряд (е ≈1,6∙10-19 Кл). Электр зарядтарының қасиеттері: - Электр зарядтарының екі түрі бар: оң заряд және теріс. Аттас зарядтар бір-бірінен тебіледі, әр аттас зарядтар бір-біріне тартылады. - Электр заряды инвариантты, яғни санақ жүйесінен тәуелсіз. - Электр заряды дискретті, яғни кез келген дененің немесе элементар бөлшектің заряды элементар зарядқа бүтін еселі болады. - Электр заряды аддитивті, яғни денелердің (бөлшектердің) кез келген тұйық жүйесінің заряды осы жүйеге кіретін бөлшектердің зарядтарының алгебралық қосындысымен анықталады. Зарядтардың тұйық жүйесі – сыртқы қоршаған ортамен (денелермен) заряд алмаспайтын жүйе. Электр зарядының сақталу заңы: Кез келген оқшауланған тұйық жүйеде зарядтардың алгебралық қосындысы осы жүйе ішінде болып жатқан құбылыстарға байланыссыз тұрақты болады. (11.1) Нүктелік заряд – әсерлесетін басқа зарядты денелерге дейінгі ара- қашықтықпен салыстырғанда сызықтық мөлшерін ескермеуге болатынденеде жинақталған заряд. Кулон заңы: Вакуумде тыныштық күйдегі екі нүктелік және зарядтың өзара әсерлесу күші зарядтарға тура пропорционал, олардың арақашықтығының квадратына кері пропорционал. , . (11.2) мұнда: бірінші зарядтың өрісінде орналасқан зарядқа, екін-ші зарядтың өрісінде орналасқан q1 зарядқа әсер етуші күш, -бірінші зарядтан q2 зарядқа, екінші зарядтан q1 зарядқа жүргізілген радиус- вектор, r -арақашықтығы, 0=8,85∙10-12 Ф/м – электрлік тұрақты.
22-сурет
Электрстатикалық өріс – берілген санақ жүйесінде тыныштық күйдегі электр зарядының өрісі. Сыншы нүктелік заряд – электрстатикалық өрісті зерттеу үшін қол-данылатын және өрістің қасиетін өзгертпейтін нүктелік оң заряд. Электр өрісінің кернеулігі – өрістің берілген нүктесінде тыныштық күйдегі сыншы нүктелік зарядқа әсер ететін күшпен анықталатын шама. . (11.3) Электрстатикалық өріс кернеулігінің сызықтары (күш сызықтары) - жанамалары берілген нүктедегі кернеулік векторымен сәйкес келетін сызықтар (20-сурет). Өрістің әр нүктесінде кернеулік векторының бағыты тек біреу, күш сызықтары ешқашан өзара қиылыспайды. 23-сурет Электрстатикалық өрістердің суперпозиция принципі: зарядтар жүйесінің электр өрісінің нақты нүктедегі кернеулігі әрбір зарядтың сол нүктеде туғызатын өріс кернеуліктерінің геометриялық қосындысына тең: . (11.4) Электрлік диполь – шамалары тең, l арақашықтығы өрісанықталатын нүктеге дейінгі қашықтықпен салыстырғанда едәуір аз ( ) әр аттас екі +q және –q нүктелікзарядтан құралған жүйе . Дипольдің иіні – дипольдің осі бойымен теріс зарядтан оң зарядқа бағытталған вектор (24-сурет). Q Q q- q+ 24-сурет. Дипольдің электрлік моменті (дипольдік момент) – заряд модулі мен иіннің көбейтіндісіне тең, дипольдің иінімен бағыттас шама. . (11.5) Дипольдің электр өрісінің кез келген нүктесінде қортқы кернеулік q+ және q-зарядтардың өрістерінің кернеуліктерінің векторлық қосындысымен анықталады: (11.6) Электрстатикалық өріс кернеулігі векторының ағыны – кернеулік сызықтарына перпендикуляр беттің бірлік ауданын тесіп өтетін кернеулік сызықтарының тығыздығын (санын) сипаттайтын шама. Электрстатикалық өріс кернеулігі векторының элементар ағыны – беттің шексіз аз ауданшасынан өтетін күш сызықтарының саны: , (11.7) мұндағы – модулі –ке тең, бағыты ауданшаға жүргізілген бірлік нормальға сәйкес вектор (25-сурет). Электрстатикалық өріс кернеулігі векторының ауданы S толық беттен өткен ағыны беттің шексіз аз ауданшаларынан өтетін ағындардың алгебралық қосындысына тең: . (11.8) dS α 25-сурет Вакуумдағы электрстатикалық өріс үшін Остроградский-Гаусс теоремасы: Кез келген тұйық бет арқылы өтетін электр өрісі кернеулігі векторының толық ағыны осы беттің ішінде қоршалған зарядтардың алгебралық қосындысын электрлік тұрақтыға бөлгенге тең болады: . (11.9) Потенциалдыөрісте (электрстатикалық өріс–потенциалдық өріс болады) орналасқан дененің потенциалдық энергиясы болады, сол энергия есебінен өрісте күш жұмыс атқарады және консервативті күштердің жұмысы потенциалдық энергияның кемуімен жүзеге асады. Сондықтан электрстатикалық өріс күштерінің жұмысын энергиялардың айырмасы түрінде көрсетуге болады: A=U1-U2, сонда q0 зарядтың q зарядтың өрісіндегі потенциалдық энергиясы: , осы формуладан электрстатикалық өрістің энергетикалық сипаттамасы болып табылатын шама потенциалды аламыз: . Электрстатикалық өрістің қандай да бір нүктесіндегі потенциал осы нүктедегі бірлік оң зарядтың потенциалдық энергиясымен анықталатын физикалық шама, өлшем бірлігі - вольт. Сонда алдыңғы формулаларды ескере отырып, нүктелік заряд тудырған өріс потенциалының формуласын жаза аламыз: . жүктеу/скачать 3.65 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|