Elektrifikimi i trupave

Elektrifikimi- dukuria e grumbullimit të ngarkesës elektrike nga trupi. Të paktën dy trupa marrin pjesë gjithmonë në elektrizim. Që një fenomen të ndodhë midis trupave, është i nevojshëm kontakti i ngushtë. Ndonjëherë një kontakt i tillë arrihet për shkak të fërkimit midis trupave, gjë që çon në një mendim të gabuar për nevojën e fërkimit ose punës për elektrizimin e trupave. Dukuria e elektrizimit shpjegohet përmes lëvizjes së ngarkesave të lira (elektroneve).

Ka disa mënyra për të elektrizuar.

1. Elektrifikimi nga fërkimi. Në këtë rast përdoren dy trupa të pa ngarkuar më parë të bërë nga substanca të ndryshme. Në procesin e elektrizimit, ngarkesa grumbullohet nga të dy trupat, njëri është pozitiv, tjetri është negativ dhe i barabartë në vlerë absolute me ngarkesën e trupit të parë (ligji i ruajtjes së ngarkesës). Nga pikëpamja e teorisë molekulare-kinetike, kur elektrizohet nga fërkimi, një substancë me një ndërveprim më të fortë kap elektronet nga substanca e dytë dhe akumulon një ngarkesë negative.

2. Elektrifikimi me kontakt. Në këtë rast, mund të marrin pjesë disa organe, substancat e të cilave janë të afta të përçojnë ngarkesat elektrike. Para kontaktit, një ose më shumë trupa kishin ngarkesa elektrike. Pas kontaktit, ngarkesat rishpërndahen në proporcion me kapacitetin elektrik të trupave.

3. Elektrifikimi me induksion elektrostatik (shih seksionin "Përçuesit në një fushë elektrike").

Ndërveprimi i tarifave. Dy lloje ngarkese

Ngarkesa elektrike– skalar bazë sasi fizike, e cila përcakton intensitetin ndërveprimet elektromagnetike. Një trup thuhet se ka një ngarkesë elektrike nëse në bashkëveprimin e tij me trupat e tjerë zbulohen forca të natyrës elektrike ose magnetike. Njësia e ngarkesës elektrike futet përmes njësisë së fuqisë së rrymës.

[q] = Cl = A∙s.

1 cl- kjo është ngarkesa që kalon nëpër seksionin kryq të përcjellësit me një forcë aktuale prej 1 A në 1 s.

Konsideroni vetitë e ngarkesës elektrike të marra në mënyrë eksperimentale.

1. Ekzistojnë dy lloje të ngarkesave elektrike. pozitive quhet ngarkesa e një shufre qelqi, e marrë prej saj kur elektrizohet nga fërkimi me mëndafshin. Një ngarkesë pozitive është mungesa e elektroneve në një trup. negativ quhet ngarkesa e një shkopi eboniti, që merret prej tij kur elektrizohet nga fërkimi kundër leshit (leshit). ngarkesë negativeështë një tepricë e elektroneve në trup.

2. Ngarkesat me të njëjtin emër sprapsin, ngarkesat e kundërta tërhiqen. Forcat e ndërveprimit të ngarkesave pika janë të drejtuara përgjatë vijës së drejtë që i lidh ato. Madhësia e ndërveprimit përshkruhet në ligjin e Kulombit.

3. Ka një kufi për pjesëtueshmërinë e ngarkesës elektrike. Elementare quhet ngarkesa elektrike minimale (e pandashme) e trupit. Një grimcë elementare me një ngarkesë elementare pozitive është një proton, një negative është një elektron. Kuptimi ngarkesë elementareështë një konstante themelore fizike: e= 1,6∙10 -19 C.

Ngarkesa elektrike është diskrete: | q| = Ne.

Ngarkesa elektrike ka vetinë e ruajtjes.

përdoret për të zbuluar tarifat. elektroskop.

Ligji i ruajtjes së ngarkesës elektrike

Një nga vetitë kryesore të një ngarkese elektrike është aftësia e saj për t'u ruajtur. Ligji i ruajtjes së ngarkesës elektrike: në një sistem të izoluar elektrikisht, shuma algjebrike e ngarkesave elektrike të të gjithë trupave të përfshirë në këtë sistem mbetet konstante.

elektrike sistem i izoluar - një sistem përmes kufirit të të cilit nuk ka transferim ngarkese në asnjë drejtim.

Ligji i Kulombit

Ligji i bashkëveprimit të ngarkesave elektrike u vendos eksperimentalisht nga fizikani francez C. Coulomb në gjysmën e dytë të shekullit të 18-të. Ligji është formuluar si më poshtë: moduli i forcës së bashkëveprimit të dy ngarkesave me pikë fikse është drejtpërdrejt proporcional me produktin e moduleve të këtyre ngarkesave dhe në përpjesëtim të zhdrejtë me katrorin e distancës ndërmjet tyre.

Për vakumin dhe ajrin, ligji i Kulombit shkruhet si më poshtë:

ku kështë koeficienti i proporcionalitetit, në varësi të zgjedhjes së sistemit të njësive. në SI

ku – konstante elektrike.

Për një mjedis dielektrik të pafundëm homogjen dhe izotrop, ligji i Kulombit ka formën:

ku ε është lejueshmëria e mediumit në të cilin ndodhen ngarkesat.

Ligji i Kulombit vlen për tarifat me pikë- trupa të ngarkuar, dimensionet e të cilëve janë shumë më të vogla se dimensionet e tjera të sistemit në shqyrtim. Nëse një trup i ngarkuar në kushtet e këtij problemi nuk mund të konsiderohet një ngarkesë pikë, atëherë ai konsiderohet si një grup ngarkesash pikësore. Forca me të cilën një trup i tillë do të veprojë në një trup tjetër përcaktohet sipas parimit të mbivendosjes së forcave.

Veprimi fushe elektrike për ngarkesat elektrike

Për të përshkruar bashkëveprimin e ngarkesave elektrike në fillimi i XIX shekulli, fizikani anglez M. Faraday propozoi përdorimin e konceptit të një fushe elektrike.

Fushe elektrike- një mjedis material që ndërmjetëson veprimin e një ngarkese mbi një tjetër dhe e transmeton këtë veprim me një shpejtësi të kufizuar.

Ideja e Faradeit: çdo ngarkesë elektrike krijon një objekt material në të gjithë hapësirën që e rrethon - fushe elektrike, e cila vepron në ngarkesa të tjera elektrike me njëfarë force të quajtur forcë elektrike , dhe zvogëlohet me distancën nga ngarkesa që e krijon atë.

Ngarkesa pajis hapësirën përreth me të veçanta vetitë fizike, kryesori i të cilave është veprimi me forcë elektrike mbi çdo ngarkesë të vendosur në këtë hapësirë.

Fusha e krijuar nga ngarkesat elektrike stacionare nuk ndryshon me kalimin e kohës dhe quhet elektrostatike.

Fushat elektrike zakonisht paraqiten grafikisht duke përdorur linjat e forcës- vijat, tangjentet tek të cilat në çdo pikë përkojnë me drejtimin e vektorit të tensionit në këtë pikë. Paraqitja grafike e fushave elektrike jepet në përputhje me rregullat e mëposhtme:

1) linjat e forcës fushat elektrike fillojnë me ngarkesa pozitive dhe përfundojnë në ato negative;

2) linjat e forcës nuk kryqëzohen;

3) dendësia e vijës është proporcionale me madhësinë e vektorit të intensitetit në një vend të caktuar në fushë.

Shifrat tregojnë disa shembuj. imazh grafik fusha.

Një fushë elektrostatike është e palëvizshme (konstante) nëse intensiteti i saj nuk ndryshon me kalimin e kohës. Fushat elektrostatike të palëvizshme krijohen nga ngarkesat elektrike të palëvizshme.

Një fushë elektrostatike është homogjene nëse vektori i intensitetit të saj është i njëjtë në të gjitha pikat e fushës; nëse vektori i intensitetit në pika të ndryshme ndryshon, fusha është johomogjene. Fushat elektrostatike uniforme janë, për shembull, fushat elektrostatike të një plani fundor të ngarkuar në mënyrë uniforme dhe një kondensator të sheshtë larg skajeve të pllakave të tij.

Një nga vetitë themelore të një fushe elektrostatike është se puna e forcave të një fushe elektrostatike kur lëviz një ngarkesë nga një pikë e fushës në tjetrën nuk varet nga trajektorja e lëvizjes, por përcaktohet vetëm nga pozicioni i pikat fillestare dhe përfundimtare dhe madhësia e ngarkesës. Rrjedhimisht, puna e forcave të fushës elektrostatike kur lëviz ngarkesa përgjatë çdo trajektoreje të mbyllur është e barabartë me zero. fushat e forcës, që kanë këtë veti, quhen potenciale ose konservatore. Kjo do të thotë, një fushë elektrostatike është një fushë potenciale, karakteristika energjetike e së cilës është potenciali elektrostatik i lidhur me vektorin e intensitetit E raport:

E = -gradj.

Për një paraqitje grafike të një fushe elektrostatike, përdoren linjat e forcës (vijat e tensionit) - linjat imagjinare, tangjentet në të cilat përkojnë me drejtimin e vektorit të intensitetit në secilën pikë të fushës.

Për fushat elektrostatike, respektohet parimi i mbivendosjes. Çdo ngarkesë elektrike krijon një fushë elektrike në hapësirë, pavarësisht nga prania e ngarkesave të tjera elektrike. Fuqia e fushës që rezulton e krijuar nga sistemi i ngarkesave është e barabartë me shumën gjeometrike të forcës së fushave të krijuara në një pikë të caktuar nga secila prej ngarkesave veç e veç.

Çdo ngarkesë në hapësirën përreth krijon një fushë elektrostatike. Për të zbuluar një fushë në çdo pikë, është e nevojshme të vendosni një ngarkesë testimi me pikë në pikën e vëzhgimit - një ngarkesë që nuk shtrembëron fushën në studim (nuk shkakton një rishpërndarje të ngarkesave që krijojnë fushën).

Fusha e krijuar nga një ngarkesë pikë e vetme q, është sferikisht simetrik. Moduli i intensitetit të një ngarkese pike të vetmuar në vakum duke përdorur ligjin e Kulombit mund të përfaqësohet si:

E \u003d q / 4pe rreth r 2.

Ku e o është një konstante elektrike, \u003d 8.85. 10 -12 f/m.

Ligji i Kulombit, i vendosur me ndihmën e ekuilibrave të rrotullimit që ai krijoi (shih ekuilibrat e Kulombit), është një nga ligjet bazë që përshkruan fushën elektrostatike. Ai vendos një marrëdhënie midis forcës së bashkëveprimit të ngarkesave dhe distancës midis tyre: forca e bashkëveprimit të trupave të ngarkuar pa lëvizje me dy pika në një vakum është drejtpërdrejt proporcionale me produktin e moduleve të ngarkesave dhe në përpjesëtim të zhdrejtë me katrorin e distanca ndërmjet tyre.

Kjo forcë quhet Kulomb, kurse fusha quhet Kulomb. Në fushën Kulomb, drejtimi i vektorit varet nga shenja e ngarkesës Q: nëse Q > 0, atëherë vektori drejtohet përgjatë rrezes nga ngarkesa, nëse Q ? herë (? - konstanta dielektrike e mediumit) është më e vogël se në vakum.

eksperimentale të përcaktuara me ligj Kulombi dhe parimi i mbivendosjes bëjnë të mundur përshkrimin e plotë të fushës elektrostatike të një sistemi të caktuar ngarkesash në vakum. Sidoqoftë, vetitë e fushës elektrostatike mund të shprehen në një formë të ndryshme, më të përgjithshme, pa iu drejtuar konceptit të fushës së Kulombit të një ngarkese pika. Një fushë elektrike mund të karakterizohet nga vlera e fluksit të vektorit të forcës së fushës elektrike, e cila mund të llogaritet sipas teoremës së Gausit. Teorema e Gausit vendos një marrëdhënie midis rrjedhës së fuqisë së fushës elektrike nëpër një sipërfaqe të mbyllur dhe ngarkesës brenda kësaj sipërfaqeje. Fluksi i intensitetit varet nga shpërndarja e fushës mbi sipërfaqen e një zone të caktuar dhe është proporcionale me ngarkesën elektrike brenda kësaj sipërfaqeje.

Nëse një përcjellës i izoluar vendoset në një fushë elektrike, atëherë me tarifa falas q do të ketë një forcë që vepron në përcjellës. Si rezultat, një lëvizje afatshkurtër e tarifave falas ndodh në përcjellës. Ky proces do të përfundojë kur fusha e vet elektrike e ngarkesave që janë shfaqur në sipërfaqen e përcjellësit kompenson plotësisht fushën e jashtme, d.m.th., vendoset një shpërndarje ekuilibër e ngarkesave, në të cilën fusha elektrostatike brenda përcjellësit zhduket: fare. pikat brenda përcjellësit E= 0, domethënë, fusha mungon. Linjat e forcës së fushës elektrostatike jashtë përcjellësit në afërsi të sipërfaqes së tij janë pingul me sipërfaqen. Nëse nuk do të ishte kështu, atëherë do të kishte një komponent të forcës së fushës, një rrymë do të rrjedhë përgjatë sipërfaqes së përcjellësit dhe mbi sipërfaqe. Ngarkesat janë të vendosura vetëm në sipërfaqen e përcjellësit, ndërsa të gjitha pikat në sipërfaqen e përcjellësit kanë të njëjtën vlerë potenciale. Sipërfaqja e një përcjellësi është një sipërfaqe ekuipotenciale. Nëse ka një zgavër në përcjellës, atëherë fusha elektrike në të është gjithashtu e barabartë me zero; Mbrojtja elektrostatike e pajisjeve elektrike bazohet në këtë.

Nëse një dielektrik vendoset në një fushë elektrostatike, atëherë në të ndodh një proces polarizimi - procesi i orientimit të dipolit ose shfaqja e dipoleve të orientuara përgjatë fushës nën ndikimin e një fushe elektrike. Në një dielektrik homogjen, fusha elektrostatike për shkak të polarizimit (shih. Polarizimi i dielektrikëve ) zvogëlohet në një herë.

Në SI, koeficienti i proporcionalitetit në ligjin e Kulombit është

k \u003d 9 10 9 N m 2 / C 2.

Sipas ligjit të Kulombit dy tarifë pikë 1 C secila, të vendosura në vakum në një distancë prej 1 m nga njëra-tjetra, ndërveprojnë me forcën F= 9·10 9 H, afërsisht e barabartë me peshën e piramidave egjiptiane. Është e qartë nga ky vlerësim se varëse është një njësi shumë e madhe e pagesës. Prandaj, në praktikë zakonisht përdoren njësi kulonë nën shumëfishe.

Ligji i Kulombit i konsideruar më parë përcakton veçoritë sasiore dhe cilësore të bashkëveprimit të ngarkesave elektrike pika në një vakum. Megjithatë, ky ligj nuk i përgjigjet shumë pyetje e rëndësishme për mekanizmin e ndërveprimit të ngarkesave, d.m.th. me çka veprimi i një ngarkese bartet në një tjetër. Kërkimi për një përgjigje për këtë pyetje e çoi fizikanin anglez M. Faraday për hipotezën e ekzistencës së një fushe elektrike, vlefshmëria e së cilës u konfirmua plotësisht nga studimet e mëvonshme. Sipas idesë së Faradeit, ngarkesat elektrike nuk veprojnë drejtpërdrejt mbi njëra-tjetrën. Secila prej tyre krijon një fushë elektrike në hapësirën përreth. Fusha e një ngarkese vepron mbi një ngarkesë tjetër dhe anasjelltas.

Të gjitha sa më sipër na lejojnë të japim përkufizimin e mëposhtëm:

fushe elektrike - kjo është një lloj i veçantë i lëndës përmes së cilës kryhet bashkëveprimi i ngarkesave elektrike.

Karakteristikat e fushës elektrike

Fushe elektrike financiarisht, d.m.th. ekziston pavarësisht nga njohuritë tona për të.

E krijuar nga ngarkesa elektrike: rreth çdo trupi të ngarkuar ka një fushë elektrike.

Fusha e krijuar nga ngarkesat elektrike stacionare quhet elektrostatike .

Një fushë elektrike mund të krijohet gjithashtu nga një fushë magnetike e alternuar. Një fushë e tillë elektrike quhet vorbull .

Fushe elektrike shperndare nga në hapësirë ​​me shpejtësia përfundimtare e barabartë me shpejtësinë e dritës në vakum.

Veprimi i një fushe elektrike mbi ngarkesat elektrike

Fusha elektrike mund të shihet si modeli matematik duke përshkruar vlerën e sasisë tensioni fushë elektrike në një pikë të caktuar në hapësirë.

Fusha elektrike është një nga komponentët të unifikuar fushë elektromagnetike dhe manifestimi i bashkëveprimit elektromagnetik

Duhet të hyjë karakteristikat sasiore të fushës. Pas kësaj, fushat elektrike mund të krahasohen me njëra-tjetrën dhe të vazhdojnë të studiojnë vetitë e tyre.

Për të studiuar fushën elektrike, ne do të përdorim tarifë provë: nën akuzë gjyqi do të kuptojmë një ngarkesë pikë pozitive që nuk e ndryshon fushën elektrike në studim .

Le të krijohet fusha elektrike nga një ngarkesë pikë q 0 . Nëse një ngarkesë provë q 1 futet në këtë fushë, atëherë një forcë do të veprojë mbi të.

shënim se në këtë temë përdorim dy ngarkesa: burimi i fushës elektrike q 0 dhe ngarkesa provuese q 1. Fusha elektrike vepron vetëm në ngarkesën e provës q 1 dhe nuk mund të veprojë në burimin e saj, d.m.th. me pagesë q 0 .

Sipas ligjit të Kulombit, kjo forcë është proporcionale me ngarkesën q 1:

.

Prandaj, raporti i forcës që vepron në ngarkesën q 1 të vendosur në një pikë të caktuar të fushës me këtë ngarkesë në çdo pikë të fushës:

nuk varet nga ngarkesa e vendosur q 1 dhe mund të konsiderohet si karakteristikë e fushës. Kjo karakteristikë e fuqisë quhen fusha forca e fushës elektrike .

Ashtu si forca, forca e fushës është një sasi vektoriale, ajo shënohet me shkronjën .

Fuqia e fushës është e barabartë me raportin e forcës me të cilën fusha vepron në një ngarkesë pikë me këtë ngarkesë.

3.01. Cila sasi fizike përcaktohet nga raporti i forcës me të cilën një fushë elektrike vepron në një ngarkesë elektrike me vlerën e kësaj ngarkese?

G.) kapaciteti elektrik.

3.02. Si quhet raporti i punës që kryen një fushë elektrike gjatë lëvizjes ngarkesë pozitive, në vlerën e tarifës?
POR.) energji potenciale fushe elektrike;

B.) forca e fushës elektrike;
AT.) tensionit elektrik;

G.) kapaciteti elektrik.

3.03. Cili drejtim merret si drejtim i vektorit të forcës së fushës elektrike?
A.) drejtimi i vektorit të forcës që vepron në një ngarkesë pikë pozitive;
B.) drejtimi i vektorit të forcës që vepron në një ngarkesë pikë negative;
B.) drejtimi i vektorit të shpejtësisë së një ngarkese me pikë pozitive;
D.) drejtimi i vektorit të shpejtësisë së një ngarkese me pikë negative.

3.04. Cili nga shënimet e mëposhtme matematikore përcakton energjinë e një kondensatori të ngarkuar?

POR.) ; B.)

; AT.)

; G.)

.

03.05. A përmban një trup i ngarkuar pozitivisht një tepricë apo mungesë elektronesh?

A.) teprica e elektroneve; B.) mungesa e elektroneve;

B.) një tepricë e protoneve; G.) mungesa e protoneve.

3.06. Cila është forma në SI e formulës së ligjit të Kulombit për vakum?
POR.)

; B.)

; AT.)

; G.)

.

3.07. Cili është drejtimi i vektorit në pikën A të fushës, nëse fusha krijohet nga një ngarkesë pozitive q (shih Fig. 12)?

A.) në të djathtë;
B.) në të majtë;
B.) lart;
G.) poshtë.

3.08. A mund të kryqëzohen linjat e forcës?

A.) mund; B.) nuk mund; B.) Varet nga konfigurimi i fushës.

3.09. Një trup metalik i pa ngarkuar (Fig. 13) futet në fushën elektrike të një ngarkese pozitive dhe më pas ndahet në pjesët 1 dhe 2. Çfarë ngarkese elektrike kanë të dyja pjesët e trupit?

A.) 1 - e ngarkuar negativisht, 2 - pozitivisht;
B.) 1 - e ngarkuar pozitivisht, 2 - negativisht;
C.) 1 dhe 2 janë të ngarkuar pozitivisht;
D.) 1 dhe 2 janë të ngarkuar negativisht.

3.10. A varet kapaciteti i një kondensatori nga ngarkesa në pllakat e tij?
A.) po, në përpjesëtim të drejtë;

B.) po, në përpjesëtim të zhdrejtë;

B) është i pavarur.

3.11. Si do të ndryshojë në vlerë absolute forca e fushës elektrike e një ngarkese pika kur distanca nga ngarkesa në pikën në studim zvogëlohet me 2 herë dhe ngarkesa rritet me 2 herë?

B.) do të rritet 8 herë; D.) do të ulet me 8 herë; D) nuk do të ndryshojë.

3.12. Krahasoni vlerat e punës së fushës së krijuar nga ngarkesa +q kur lëvizni ngarkesën nga pika A në pikën B dhe në pikën C (Fig. 14).

A.) A AB > A AC;
B.) A AB C.) A AB \u003d A AC;
D.) Një AB \u003d Një AC \u003d 0.

3.13. Sa herë do të ndryshojë kapaciteti i një kondensatori të sheshtë nëse, pa ndryshuar distancën, qelqi futet në hapësirën midis pllakave të kondensatorit me

=7 në vend të parafinës = 2?

A.) do të rritet me 3,5 herë; B.) do të ulet me 3,5 herë; B) nuk do të ndryshojë.

3.14. Ngarkesa në kondensator u dyfishua. Sa herë ka ndryshuar energjia e kondensatorit?

A.) do të rritet me 2 herë; B.) do të ulet me 2 herë;

B.) do të rritet me 4 herë; G.) do të ulet me 4 herë; D) nuk do të ndryshojë.

3.15. Kur kondensatori u ngarkua me një ngarkesë prej 5 μC, energjia e kondensatorit doli të ishte 0.01 J. Përcaktoni tensionin në pllakat e kondensatorit.
A.) 2 kV; B.) 0,1 ∙ 10 -8 V; B.) 4 kV; D.) 0,2 μV.

3.16. Çfarë pune bëjnë forcat e fushës elektrostatike kur lëvizni një ngarkesë prej 2 nC nga një pikë me potencial 20 V në një pikë me potencial 10 V?
A.) 20 J; B.) 40 J; B.) 2 ∙ 10 -8 J; G.) 2 ∙ 10 -10 J.

3.17. Ngarkesat elektrike me dy pika në një distancë R bashkëveprojnë me një forcë prej 20 N në një vakum. Si do të ndryshojë forca e ndërveprimit të këtyre ngarkesave në të njëjtën distancë R in
medium me lejueshmëri ε = 2?
A.) 40 N; B.) 10 N; B.) 5 N; D) nuk do të ndryshojë.

3.18. Fusha elektrike krijohet nga ngarkesa q. Në pikën A, e vendosur në një distancë prej 0,1 m nga ngarkesa, forca e fushës është 1800 V/m. Përcaktoni shumën e tarifës.
A.) 0,5 nC; B.) 2 ∙ 10 9 C; B.) 18 C; D.) 2 nC.

3.19. Dy trupa të ngarkuar me të njëjtin emër në vakum bashkëveprojnë me një forcë 1 N. Sa do të jetë forca e bashkëveprimit të tyre nëse distanca ndërmjet tyre rritet 4 herë?

A.) 0,5 N; B.) 0,25 N; B.) 2 N; G.) 4 N.

3.20. Një ngarkesë pikë e vendosur në një mjedis të lëngshëm krijon një potencial prej 15 V në një pikë 0,4 m larg ngarkesës. Ngarkesa është 5 nC. Sa është konstanta dielektrike e mediumit?
A.) 1,8; B) 18; B.) 75; G.) 7,5; D.) 1.3.

3.21. Fusha elektrike krijohet nga ngarkesat +q 1 dhe -q 2, dhe ngarkesa e parë është më e madhe se e dyta në vlerë absolute. Gjeni drejtimin e forcës rezultante që vepron mbi ngarkesën +q 3 të vendosur në pikën C ndërmjet ngarkesave +q 1 dhe -q 2 (shih Fig. 15).

A.) në të djathtë;
B.) në të majtë;
B.) lart;
G.) poshtë.

3.22. Një tension prej 100 V aplikohet midis pllakave horizontale të një kondensatori ajri. Një grimcë e ngarkuar pluhuri me peshë 10 mg varet e palëvizshme midis pllakave të kondensatorit. Çfarë është tarifa grimcat e pluhurit nëse distanca midis pllakave është 50 mm?
A.) 50 μC; B.) 50 nC; C.) 50 mC; D.) 0,02 nC.

3.23. Çfarë energjia kinetike një grimcë e ngarkuar do të fitojë, pasi ka kaluar një diferencë potenciale prej 100 V në një fushë elektrike. Ngarkesa e grimcës është 2 μC. Shpejtësia fillestare është zero.

A.) 10 -4 J; B.) 200 J; C.) 2 ∙ 10 -4 J.

3.24. Sa është moduli i forcës rezultante që vepron mbi ngarkesën q të vendosur në qendër të katrorit, nëse ngarkesat e paraqitura në Fig. 16?

POR.)

; B.)

;

B.) 0; G.)

.

3.25. Një top i vogël me masë m dhe ngarkesë q 1 është i varur në një fije mëndafshi në ajër. Nëse një ngarkesë e caktuar q 2 vendoset nën top në një distancë R nga ajo, forca e tensionit të fillit zvogëlohet me 2 herë. Përcaktoni sasinë e ngarkesës q 2 .
POR.)

; B.)

; AT.)

; G.)

.

3.26. Një ngarkesë pikë 1 ∙ 10 -7 C vendoset në vakum dhe një ngarkesë pikë 3 ∙ 10 -7 C vendoset në një lëng. Fuqitë e fushës në pikat e barabarta nga ngarkesat janë të njëjta. Përcaktoni lejueshmëria lëngjeve.
A.) 9; B.) 1/9; NE 3; G.) 1/3.

3.27. Një top me një masë prej 1 g dhe një ngarkesë prej 9,8 ∙ 10 -8 C është pezulluar në ajër në një fije mëndafshi të hollë. Fija është 45 0 me vertikale nëse një top i dytë me ngarkesë të shenjës së kundërt vendoset në një distancë prej 3 cm nga topi i parë. Përcaktoni ngarkesën e tij.
A.) 9 ∙ 10 -17 C; B.) 9 ∙ 10 -15 C; B.) 9 ∙ 10 -12 C; G.) 10 -8 Cl.

3.28. Fusha u krijua nga një ngarkesë prej 10 -8 C. Çfarë pune bëjnë forcat kur lëvizin një proton nga një pikë e vendosur në një distancë prej 16 cm nga ngarkesa në një distancë prej 20 cm prej saj?
A.) 2 ∙ 10 -18 J; B.) 18 ∙ 10 -18 J; B.) 2 ∙ 10 -16 J; G.) 2 ∙ 10 -27 J.

3.29. Diferenca potenciale ndërmjet pllakave është 100 V. Njëra prej pllakave është e tokëzuar (shih Fig. 17). Përcaktoni potencialin e pikave A, B, C, D, E, K.

3.30. Një kondensator ajri i sheshtë me një kapacitet prej 20 pF ngarkohet në një diferencë potenciale prej 100 V dhe shkëputet nga burimi. Çfarë pune duhet bërë për të dyfishuar distancën midis pllakave të kondensatorëve?
A.) 2 ∙ 10 -7 J; B.) 0,5 ∙ 10 -7 J; C.) 10 -7 J.

Çelësat e përgjigjeve të sakta

Veprimi në distancë (varg i gjatë)

Konsiderohet koncepti i bashkëveprimit të ngarkesave elektrike, i cili shpjegon saktësisht se si ndërveprojnë ngarkesat. Akuzat e së njëjtës shenjë zmbrapsen dhe ngarkesat e shenjave të kundërta tërheqin. Ligji i Kulombit është i vlefshëm për ngarkesat me dy pika, kur nuk ka ngarkesa të tjera afër ose vlera e tyre është e papërfillshme, domethënë ka, si të thuash, vetëm dy ngarkesa me pikë vepruese. Nëse ngarkesat janë në lëvizje, nuk janë ngarkesa pika, ose këto ngarkesa veprojnë në fushën elektrike të ngarkesave të tjera, atëherë është e pamundur të zbatohet formula e Ligjit të Kulombit.

Forca elektrike e bashkëveprimit të ngarkesave përshkruhet si një veprim pa kontakt, me fjalë të tjera, ekziston një veprim me rreze të gjatë, domethënë një veprim në distancë. Për të përshkruar një veprim të tillë me rreze të gjatë, është e përshtatshme të prezantohet koncepti i një fushe elektrike dhe ta përdorim atë për të shpjeguar veprimin në distancë.

Shprehet koncepti i fushës elektrike gjuha matematikore në shprehje dhe terma matematikore.

Forcat elektrike janë jokontaktuese

Koncepti i forcës është koncepti (përfaqësimi) i forcës në fizikë, siç përcaktohet në tre Ligjet e Njutonit. Ekzistojnë dy kategori forcash: forcat e kontaktit dhe forcat pa kontakt. Forcat gravitacionale dhe elektrike janë jokontaktuese dhe për to flitet deri më tani forcat aktive Oh.

Forcat gravitacionale janë forca me rreze të gjatë, ato veprojnë midis dy objekteve, edhe nëse ato janë në një distancë nga njëri-tjetri. Një makinë që rrotullohet lirshëm nga një kodër është një shembull i forcave me rreze të gjatë kur Toka tërheq një tjetër trup fizik- automobil. Nëse lëshoni një predhë nga një armë artilerie, atëherë ajo do të lëvizë përgjatë një trajektoreje parabolike. Gjatë fluturimit të predhës, ajo nuk ka asnjë kontakt me Tokën dhe madje edhe me sipërfaqen e saj, gjë që tregon mungesën e kontaktit midis tyre. Toka dhe një predhë fluturuese veprim pa kontakt të forcave gravitacionale. Ngarkesat elektrike ndërveprojnë në mënyrë të ngjashme me një ndërveprim të tillë me rreze të gjatë. Ky ndërveprim mund të përshkruhet lehtësisht duke përdorur paraqitje matematikore fusha (elektrike, gravitacionale).

Koncepti i fushës elektrike

Imagjinoni një fushë të vërtetë me një sipërfaqe, për shembull, një hektar. Le të mbillet me grurë. Le të themi se keni dashur të eksploroni se ku në hapësirën e kësaj fushe ndodhet çdo kokërr gruri dhe çfarë mase ka. Për ta bërë këtë, do t'ju duhet të merrni një fletë letre dhe të vizatoni sipërfaqen e kësaj fushe në një shkallë, së pari vizatoni boshtet e koordinatave X dhe Y. Kështu, do të merrni një rrjet koordinativ si një tabelë, ku secila qelizë ka adresën e saj në formën e vlerave X dhe Y. Supozoni se keni arritur të gjeni çdo kokërr në këtë fushë dhe ta peshoni atë dhe të shkruani rezultatin në qelizën që korrespondon me këtë vend. Si rezultat i një studimi të plotë të një fushe të vërtetë gruri, do të merrni në një fletë letre paraqitjen e saj abstrakte matematikore në formën e vlerave të masës së çdo kokrre. Në të njëjtën mënyrë, ju mund të ekzaminoni temperaturën, lagështinë dhe parametrat e tjerë fizikë në çdo vend të fushës reale, si dhe të futni rezultatet në një tabelë. Ky është paraqitja matematikore abstrakte e fushës.

Ekzistojnë sasi dhe karakteristika të ndryshme fizike që mund të ndahen në dy lloje. Bëhet fjalë për sasi skalare, pra sasi pa drejtim, si temperatura, lagështia, masa, dendësia etj., dhe madhësi fizike vektoriale, të cilat, ndryshe nga ato skalare, karakterizohen jo vetëm nga madhësia (numri), por edhe nga drejtimi. Një sasi e tillë fizike si një forcë është një sasi vektoriale, domethënë, ajo nuk ka vetëm një madhësi (si dhe skalarë), por edhe një drejtim. Si të merret parasysh drejtimi? Si të matet? Temperatura, lagështia dhe presioni kanë një shkallë në formën e një vije (një bosht koordinativ). Kjo është një mënyrë për të matur shkallët. Për sasitë vektoriale në rrafsh kërkohen dy boshte koordinatash dhe në hapësirë ​​kërkohen tre akse koordinative. Për të përcaktuar dhe matur drejtimin e madhësive vektoriale, përdoret vlera e këndit të rrotullimit të vektorit në raport me origjinën. Për të shkruar një vektor, është më e përshtatshme të përdoren koordinatat polare, por është mjaft e mundur të arrish me koordinatat e zakonshme karteziane.

Në shembullin e mësipërm të fushës së grurit, kur u mat masa e grurit, u krijua një shënim matematikor për një sasi skalare, masën. Një rekord i tillë mund të quhet fushë matematikore skalar. Për të përshkruar në këtë mënyrë forcat elektrike që veprojnë në hapësirë ​​në një distancë të gjatë, domethënë pa kontakt, është e nevojshme të përdoret një shënim matematikor vektor. Ky rekord vektorial thjesht do të përfaqësojë atë që quhet fushë elektrike. Një fushë vektoriale ndryshon nga ajo skalare në kompleksitet më të madh dhe kuptim më të thellë, pasi është e nevojshme të merret parasysh drejtimi i veprimit forca fizike përveç madhësisë së tyre (skalar).

Është e rëndësishme të mbani mend se regjistrimi në një copë letër, përfaqësimi i fushës në formë është vetëm një rekord, dhe në realitet nuk ka linja të tilla force në hapësirë. Pas çdo regjistrimi, imazhi i fushës, është origjinali, domethënë veprimi real i forcave në hapësirë, qoftë në veprim potencial, qoftë në aktual. Mund të themi se regjistrimi i fushës elektrike në formë numrash dhe vijash, ngjyrash etj. - kjo është vetëm një fotografi e hapësirës në studim, ku burimet e forcave që veprojnë janë ngarkesat elektrike. Një "foto" e tillë nuk mund të quhet një lloj i veçantë i lëndës, por mund të argumentohet se e gjithë hapësira është e mbushur me fusha, burimet e të cilave janë forca me rreze të gjatë. Burimi i forcës është primar, dhe shënimi matematik i vektorit ose fushë skalare dytësore. Burimi i fuqisë është real, dhe regjistrimi është thjesht një "foto", një imazh i origjinalit.

Imazhi i fushës elektrike

Për të regjistruar, për të paraqitur në formë informacioni veprimin e forcave të ngarkesave elektrike, përdoret një fushë vektoriale matematikore, e cila në hapësirë ​​paraqitet në formën e vijave të forcës të dy llojeve. Një lloj linjash janë ekuipotenciale, domethënë të formuara vlera të barabarta potenciali (tensioni), dhe një lloj tjetër vijash quhet forcë. Këto vija të forcës kryqëzojnë linjat ekuipotenciale dhe janë shkallë për vlerën e forcave në pika në hapësirë. Për të ndërtuar një pamje të fushës elektrike, përdoret llogaritja e vlerës së fuqisë së fushës elektrike. Vlera e intensitetit është bazë për të përshkruar bashkëveprimin e ngarkesave përmes paraqitjes së fushës elektrike.