cisimlerin elektrifikasyonu

elektrifikasyon- vücut tarafından elektrik yükünün birikmesi olgusu. En az iki organ her zaman elektrifikasyona katılır. Cisimler arasında bir olgunun meydana gelmesi için yakın temas gereklidir. Bazen bu tür bir temas, cisimler arasındaki sürtünme nedeniyle elde edilir, bu da sürtünme veya cisimleri elektriklendirmek için çalışma ihtiyacı hakkında yanlış bir görüşe yol açar. Elektriklenme olgusu, serbest yüklerin (elektronların) hareketi ile açıklanır.

Elektriklenmenin birkaç yolu vardır.

1. Sürtünme ile elektriklenme. Bu durumda, farklı maddelerden yapılmış daha önce yüklenmemiş iki cisim kullanılır. Elektrifikasyon sürecinde, yük her iki cisim tarafından biriktirilir, biri pozitif, diğeri negatif ve mutlak değerde birinci cismin yüküne eşittir (yükün korunumu yasası). Moleküler-kinetik teori açısından, sürtünme ile elektriklendiğinde, daha güçlü etkileşime sahip bir madde, ikinci maddeden elektronları yakalar ve negatif bir yük biriktirir.

2. Temas yoluyla elektrifikasyon. Bu durumda, maddeleri iletme yeteneğine sahip birkaç organ katılabilir. elektrik ücretleri. Temastan önce, bir veya daha fazla cismin elektrik yükü vardı. Temastan sonra, yükler, cisimlerin elektrik kapasitesiyle orantılı olarak yeniden dağıtılır.

3. Elektrostatik indüksiyon ile elektriklendirme ("Elektrik alanındaki iletkenler" bölümüne bakın).

Ücretlerin etkileşimi. İki tür ücret

Elektrik şarjı– temel skaler fiziksel miktar yoğunluğunu belirleyen elektromanyetik etkileşimler. Bir cismin, diğer cisimlerle etkileşiminde elektriksel veya manyetik nitelikteki kuvvetler algılanırsa, bir elektrik yüküne sahip olduğu söylenir. Elektrik yükü birimi, akım gücü birimi aracılığıyla verilir.

[q] = Cl = A∙s.

1 cl- bu, 1 s'de 1 A akım gücünde iletkenin enine kesitinden geçen yüktür.

Deneysel olarak elde edilen elektrik yükünün özelliklerini düşünün.

1. İki tür elektrik yükü vardır. pozitif ipeğe sürtünerek elektrik verildiğinde aldığı cam çubuğun yükü olarak adlandırılır. Pozitif yük, bir vücutta elektron eksikliğidir. olumsuz yüne (kürk) karşı sürtünme ile elektriklendiğinde aldığı bir ebonit çubuğun yükü olarak adlandırılır. negatif yük vücuttaki elektron fazlalığıdır.

2. Aynı isimli yükler iter, zıt yükler çeker. Nokta yüklerin etkileşim kuvvetleri, onları birbirine bağlayan düz çizgi boyunca yönlendirilir. Etkileşimin büyüklüğü Coulomb yasasında açıklanmıştır.

3. Elektrik yükünün bölünebilirliğinin bir sınırı vardır. İlköğretim vücudun minimum (bölünemez) elektrik yükü denir. Pozitif bir temel yüke sahip bir temel parçacık bir protondur, negatif olan ise bir elektrondur. Anlam temel ücret temel bir fiziksel sabittir: e= 1,6∙10 –19 C

Elektrik yükü ayrıktır: | q| = Ne.

Elektrik yükü korunum özelliğine sahiptir.

ücretleri tespit etmek için kullanılır. elektroskop.

Elektrik yükünün korunumu yasası

Bir elektrik yükünün temel özelliklerinden biri depolanabilme yeteneğidir. Elektrik yükünün korunumu yasası: Elektriksel olarak yalıtılmış bir sistemde, bu sisteme dahil olan tüm cisimlerin elektrik yüklerinin cebirsel toplamı sabit kalır.

elektriksel olarak yalıtılmış sistem - sınırı boyunca herhangi bir yönde yük aktarımı olmayan bir sistem.

Coulomb yasası

Elektrik yüklerinin etkileşim yasası, 18. yüzyılın ikinci yarısında Fransız fizikçi C. Coulomb tarafından deneysel olarak kurulmuştur. Kanun şu şekilde formüle edilmiştir: iki sabit nokta yükünün etkileşim kuvvetinin modülü, bu yüklerin modüllerinin çarpımı ile doğru orantılı ve aralarındaki mesafenin karesi ile ters orantılıdır.

Vakum ve hava için Coulomb yasası aşağıdaki gibi yazılır:

nerede k birim sisteminin seçimine bağlı olarak orantılılık katsayısıdır. SI'da

nerede – elektrik sabiti.

Sonsuz homojen ve izotropik bir dielektrik ortam için Coulomb yasası şu şekildedir:

burada ε, yüklerin bulunduğu ortamın geçirgenliğidir.

Coulomb yasası şu durumlarda geçerlidir: nokta ücretleri- Boyutları incelenen sistemin diğer boyutlarından çok daha küçük olan yüklü cisimler. Bu sorunun koşulları altında yüklü bir cisim bir puan yükü olarak kabul edilemezse, bir puan yükü olarak kabul edilir. Böyle bir cismin başka bir cisme etki edeceği kuvvet, kuvvetlerin üst üste gelmesi ilkesine göre belirlenir.

Eylem Elektrik alanı elektrik ücretleri için

Elektrik yüklerinin etkileşimini açıklamak için erken XIX yüzyılda İngiliz fizikçi M. Faraday, elektrik alanı kavramını kullanmayı önerdi.

Elektrik alanı- bir yükün diğeri üzerindeki hareketine aracılık eden ve bu hareketi sonlu bir hızda ileten maddi bir ortam.

Faraday'ın fikri: Herhangi bir elektrik yükü, kendisini çevreleyen tüm uzayda maddi bir nesne yaratır - Elektrik alanı adı verilen bir kuvvetle diğer elektrik yüklerine etki eden , elektrik kuvveti , ve onu oluşturan yükten uzaklaştıkça azalır.

Şarj, çevreleyen alana özel fiziksel özellikler, asıl olan, bu alana yerleştirilen herhangi bir yük üzerinde bir elektrik kuvveti ile yapılan eylemdir.

Durağan elektrik yüklerinin oluşturduğu alan zamanla değişmez ve alan denir. elektrostatik.

Elektrik alanları genellikle grafiksel olarak şu şekilde temsil edilir: kuvvet hatları- herhangi bir noktada bu noktada gerilim vektörünün yönü ile çakışan çizgiler, teğetler. Elektrik alanlarının grafik gösterimi aşağıdaki kurallara uygun olarak verilmiştir:

1) kuvvet hatları elektrik alanları pozitif yüklerle başlar ve negatiflerle biter;

2) kuvvet çizgileri kesişmez;

3) çizgi yoğunluğu, alandaki belirli bir konumdaki yoğunluk vektörünün büyüklüğü ile orantılıdır.

Şekiller birkaç örnek göstermektedir. grafik görüntü alanlar.

Gücü zamanla değişmiyorsa, bir elektrostatik alan sabittir (sabit). Sabit elektrostatik alanlar, sabit elektrik yükleri tarafından oluşturulur.

Bir elektrostatik alan, alanın tüm noktalarında yoğunluk vektörü aynıysa homojendir; farklı noktalarda yoğunluk vektörü farklıysa alan homojen değildir. Düzgün elektrostatik alanlar, örneğin, düzgün yüklü bir uç düzlemin ve plakalarının kenarlarından uzaktaki düz bir kapasitörün elektrostatik alanlarıdır.

Bir elektrostatik alanın temel özelliklerinden biri, bir yükü alanın bir noktasından diğerine hareket ettirirken bir elektrostatik alanın kuvvetlerinin çalışmasının, hareketin yörüngesine bağlı olmaması, sadece konumu tarafından belirlenmesidir. ilk ve son noktalar ve yükün büyüklüğü. Sonuç olarak, yükü herhangi bir kapalı yörünge boyunca hareket ettirirken elektrostatik alan kuvvetlerinin işi sıfıra eşittir. Kuvvet alanları Bu özelliğe sahip olan, potansiyel veya muhafazakar olarak adlandırılır. Yani, bir elektrostatik alan, enerji özelliği, yoğunluk vektörü ile ilişkili elektrostatik potansiyel olan bir potansiyel alandır. E oran:

E = -gradj.

Bir elektrostatik alanın grafiksel gösterimi için, kuvvet çizgileri (gerilme çizgileri) kullanılır - teğetleri alanın her noktasında yoğunluk vektörünün yönü ile çakışan hayali çizgiler.

Elektrostatik alanlar için süperpozisyon ilkesi gözlenir. Her elektrik yükü, diğer elektrik yüklerinin varlığından bağımsız olarak uzayda bir elektrik alanı oluşturur. Yükler sistemi tarafından oluşturulan sonuçtaki alanın gücü, belirli bir noktada yüklerin her biri tarafından ayrı ayrı oluşturulan alanların gücünün geometrik toplamına eşittir.

Çevredeki boşluktaki herhangi bir yük, bir elektrostatik alan oluşturur. Herhangi bir noktada bir alanı tespit etmek için, gözlem noktasına bir nokta test yükü yerleştirmek gerekir - incelenen alanı bozmayan bir yük (alanı oluşturan yüklerin yeniden dağılımına neden olmaz).

Tek bir nokta yükü tarafından oluşturulan alan q, küresel simetriktir. Coulomb yasasını kullanarak vakumda tek bir nokta yükünün yoğunluk modülü şu şekilde temsil edilebilir:

E \u003d q / 4pe yaklaşık r2.

e o bir elektrik sabiti olduğunda, \u003d 8.85. 10 -12 f/m.

Oluşturduğu burulma dengeleri yardımıyla (bkz. Coulomb dengeleri) oluşturduğu Coulomb yasası, elektrostatik alanı tanımlayan temel yasalardan biridir. Yüklerin etkileşim kuvveti ile aralarındaki mesafe arasında bir ilişki kurar: iki nokta hareketsiz yüklü cismin bir boşlukta etkileşim kuvveti, yüklerin modüllerinin çarpımı ile doğru orantılı ve karesiyle ters orantılıdır. aralarındaki mesafe.

Bu kuvvete Coulomb, alana Coulomb denir. Coulomb alanında, vektörün yönü Q yükünün işaretine bağlıdır: Q > 0 ise, vektör Q ? kez (? - ortamın dielektrik sabiti) vakumdakinden daha azdır.

deneysel kanunla kurulmuş Coulomb ve süperpozisyon ilkesi, belirli bir yük sisteminin vakumdaki elektrostatik alanını tamamen tanımlamayı mümkün kılar. Bununla birlikte, elektrostatik alanın özellikleri, bir nokta yükün Coulomb alanı kavramına başvurmadan farklı, daha genel bir biçimde ifade edilebilir. Bir elektrik alanı, Gauss teoremine göre hesaplanabilen elektrik alan şiddeti vektörünün akı değeri ile karakterize edilebilir. Gauss teoremi, kapalı bir yüzey boyunca elektrik alan şiddeti akışı ile bu yüzeyin içindeki yük arasında bir ilişki kurar. Yoğunluk akısı, alanın belirli bir alanın yüzeyi üzerindeki dağılımına bağlıdır ve bu yüzeyin içindeki elektrik yüküyle orantılıdır.

Yalıtılmış bir iletken bir elektrik alanına yerleştirilirse, o zaman serbest yükler q iletkene etki eden bir kuvvet olacaktır. Sonuç olarak, iletkende kısa süreli serbest yük hareketi meydana gelir. Bu işlem, iletken yüzeyinde oluşan yüklerin kendi elektrik alanı dış alanı tamamen telafi ettiğinde, yani iletken içindeki elektrostatik alanın kaybolduğu bir denge yük dağılımı kurulduğunda sona erecektir: hiç iletken içindeki noktalar E= 0, yani alan yok. Elektrostatik alanın iletkenin dışında, yüzeyine çok yakın olan kuvvet çizgileri yüzeye diktir. Eğer böyle olmasaydı, o zaman alan kuvvetinin bir bileşeni olurdu, iletkenin yüzeyi boyunca ve yüzeyin üzerinden bir akım akacaktı. Yükler sadece iletkenin yüzeyinde bulunurken, iletkenin yüzeyindeki tüm noktalar aynı potansiyel değere sahiptir. Bir iletkenin yüzeyi eş potansiyel bir yüzeydir. İletkende bir boşluk varsa, içindeki elektrik alanı da sıfıra eşittir; elektrikli cihazların elektrostatik koruması buna dayanmaktadır.

Bir elektrostatik alana bir dielektrik yerleştirilirse, içinde bir polarizasyon işlemi meydana gelir - bir elektrik alanının etkisi altında alan boyunca yönlendirilmiş dipol oryantasyon süreci veya dipollerin görünümü. Homojen bir dielektrikte, polarizasyon nedeniyle elektrostatik alan (bkz. Dielektriklerin polarizasyonu ) azalır bir Zamanlar.

SI'da, Coulomb yasasındaki orantılılık katsayısı

k \u003d 9 10 9 Nm2 / C2.

Coulomb yasasına göre iki nokta şarjı Vakumda birbirinden 1 m mesafede bulunan 1 C, kuvvetle etkileşime girer F= 9·10 9 H, yaklaşık olarak Mısır piramitlerinin ağırlığına eşittir. Bu tahminden, kolyenin çok büyük bir yük birimi olduğu açıktır. Bu nedenle pratikte, genellikle çoklu coulomb birimleri kullanılır.

Daha önce ele alınan Coulomb yasası, bir boşlukta nokta elektrik yüklerinin etkileşiminin nicel ve nitel özelliklerini belirler. Ancak, bu yasa tam olarak cevap vermiyor. önemli soruücretlerin etkileşim mekanizması hakkında, yani. bu sayede bir yükün eylemi diğerine aktarılır. Bu soruya cevap arayışı İngiliz fizikçiyi yönlendirdi. M. Faraday geçerliliği sonraki çalışmalarla tam olarak doğrulanan bir elektrik alanının varlığının hipotezine. Faraday'ın fikrine göre, elektrik yükleri birbirleri üzerine doğrudan etki etmezler. Her biri çevreleyen alanda bir elektrik alanı oluşturur. Bir yükün alanı başka bir yükü etkiler ve bunun tersi de geçerlidir.

Yukarıdakilerin tümü, aşağıdaki tanımı vermemize izin verir:

Elektrik alanı - bu, elektrik yüklerinin etkileşiminin gerçekleştirildiği özel bir madde türüdür.

Elektrik alan özellikleri

Elektrik alanı finansal olarak, yani bizim bilgimizden bağımsız olarak var olur.

Elektrik yükü ile üretilir: herhangi bir yüklü cismin etrafında bir elektrik alanı vardır.

Sabit elektrik yüklerinin oluşturduğu alana denir. elektrostatik .

Alternatif bir manyetik alan tarafından da bir elektrik alanı oluşturulabilir. Böyle bir elektrik alan denir girdap .

Elektrik alanı tarafından dağıtıldı ile uzayda son hızışığın boşluktaki hızına eşittir.

Bir elektrik alanının elektrik yükleri üzerindeki etkisi

Elektrik alanı olarak görülebilir matematiksel model miktarın değerini açıklayan tansiyon uzayda belirli bir noktada elektrik alan.

Elektrik alan bileşenlerden biri birleşik elektromanyetik alan ve elektromanyetik etkileşimin tezahürü

Girmeli alanın nicel özellikleri. Bundan sonra, elektrik alanları birbirleriyle karşılaştırılabilir ve özelliklerini incelemeye devam edebilir.

Elektrik alanını incelemek için kullanacağız deneme ücreti: altında deneme ücreti incelenen elektrik alanını değiştirmeyen pozitif bir nokta yükünü anlayacağız .

Elektrik alanı bir noktasal yük q 0 tarafından oluşturulsun. Bu alana bir test yükü q 1 eklenirse, üzerine bir kuvvet etki eder.

Not bu konuda iki yük kullanıyoruz: elektrik alanının kaynağı q 0 ve test yükü q 1. Elektrik alanı sadece q 1 test yüküne etki eder ve kaynağına etki edemez, yani. şarjda q 0 .

Coulomb yasasına göre, bu kuvvet q1 yüküyle orantılıdır:

.

Bu nedenle, alanın belirli bir noktasına yerleştirilen q1 yüküne etkiyen kuvvetin, alanın herhangi bir noktasındaki bu yüke oranı:

yerleştirilen q 1 yüküne bağlı değildir ve alanın bir özelliği olarak kabul edilebilir. Bu güç karakteristiği alanlar denir elektrik alan şiddeti .

Kuvvet gibi, alan kuvveti de vektörel bir büyüklüktür ve harfi ile gösterilir.

Alan kuvveti, alanın bir nokta yüke etki ettiği kuvvetin bu yüke oranına eşittir.

3.01. Bir elektrik alanının bir elektrik yüküne uyguladığı kuvvetin bu yükün değerine oranı hangi fiziksel niceliği belirler?

G.) elektrik kapasitesi.

3.02. Hareket halindeyken bir elektrik alanının yaptığı işin oranına ne ad verilir? pozitif yük, şarj değerine?
ANCAK.) potansiyel enerji Elektrik alanı;

B.) elektrik alan şiddeti;
AT.) elektrik gerilimi;

G.) elektrik kapasitesi.

3.03. Elektrik alan şiddeti vektörünün yönü olarak hangi yön alınır?
A.) pozitif nokta yüküne etki eden kuvvet vektörünün yönü;
B.) negatif nokta yüküne etki eden kuvvet vektörünün yönü;
B.) bir pozitif nokta yükünün hız vektörünün yönü;
D.) Negatif bir nokta yükünün hız vektörünün yönü.

3.04. Aşağıdaki matematiksel gösterimlerden hangisi yüklü bir kapasitörün enerjisini belirler?

ANCAK.) ; B.)

; AT.)

; G.)

.

03.05. Pozitif yüklü bir cisim fazla veya eksik elektron içerir mi?

A.) elektron fazlalığı; B.) elektron eksikliği;

B.) fazla proton; G.) proton eksikliği.

3.06. Coulomb'un vakum yasası formülünün SI'daki formu nedir?
ANCAK.)

; B.)

; AT.)

; G.)

.

3.07. vektörün yönü nedir alanın A noktasında, alan pozitif bir q yükü tarafından yaratılıyorsa (bkz. Şekil 12)?

A.) sağa;
B.) sola;
B.) yukarı;
G.) aşağı.

3.08. Kuvvet çizgileri kesişebilir mi?

A.) can; B.) yapamaz; B.) Alanın konfigürasyonuna bağlıdır.

3.09. Yüksüz bir metal gövde (Şekil 13) pozitif bir yükün elektrik alanına sokulur ve daha sonra 1. ve 2. bölümlere ayrılır. Vücudun her iki parçasında hangi elektrik yükleri vardır?

A.) 1 - negatif yüklü, 2 - pozitif;
B.) 1 - pozitif yüklü, 2 - negatif;
C.) 1 ve 2 pozitif yüklüdür;
D.) 1 ve 2 negatif yüklüdür.

3.10. Bir kapasitörün kapasitansı, plakalarındaki yüke bağlı mı?
A.) evet, doğru orantılı;

B.) evet, ters orantılı;

B) bağımsızdır.

3.11. Yükten incelenen noktaya olan uzaklık 2 kat azaldığında ve yük 2 kat arttığında bir nokta yükün elektrik alan şiddeti mutlak değerde nasıl değişecek?

B.) 8 kat artacak; D.) 8 kat azalacak; D) değişmez.

3.12. Yükü A noktasından B noktasına ve C noktasına taşırken +q yükü tarafından oluşturulan alanın çalışma değerlerini karşılaştırın (Şekil 14).

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

3.13. Mesafe değişmeden kapasitör plakaları arasındaki boşluğa cam yerleştirilirse, düz bir kapasitörün kapasitansı kaç kez değişir?

=7 parafin yerine = 2?

A.) 3.5 kat artacak; B.) 3.5 kat azalacak; B) değişmez.

3.14. Kondansatör üzerindeki yük iki katına çıktı. Kondansatörün enerjisi kaç kez değişti?

A.) 2 kat artacak; B.) 2 kat azalacak;

B.) 4 kat artacak; G.) 4 kat azalacak; D) değişmez.

3.15. Kondansatör 5 μC yükle yüklendiğinde, kapasitörün enerjisi 0,01 J çıktı. Kondansatör plakalarındaki voltajı belirleyin.
A.) 2 kV; B.) 0.1 ~ 10 -8 V; B.) 4 kV; D.) 0.2 μV.

3.16. 2 nC'lik bir yükü 20 V potansiyeli olan bir noktadan 10 V potansiyeli olan bir noktaya hareket ettirirken elektrostatik alan kuvvetleri tarafından ne iş yapılır?
A.) 20J; B.) 40 J; B.) 2 ∙ 10 -8 J; G.) 2 ∙ 10 -10 J.

3.17. R mesafesindeki iki nokta elektrik yükü, vakumda 20 N'luk bir kuvvetle etkileşir. Bu yüklerin etkileşim kuvveti, aynı R mesafesinde nasıl değişecek?
geçirgenliğe sahip ortam ε = 2?
A.) 40 N; B.) 10N; B.) 5N; D) değişmez.

3.18. Elektrik alanı q yükü tarafından oluşturulur. Yükten 0,1 m uzaklıkta bulunan A noktasında, alan şiddeti 1800 V/m'dir. Ücret miktarını belirleyin.
A.) 0,5 nC; B.) 2 - 10 9C; B.) 18C; D.) 2 nC.

3.19. Boşlukta aynı adı taşıyan iki yüklü cisim 1 N'luk bir kuvvetle etkileşir. Aralarındaki mesafe 4 kat artırılırsa etkileşimlerinin kuvveti ne olur?

A.) 0,5 N; B.) 0.25 N; B.) 2N; G.) 4 N.

3.20. Sıvı bir ortama yerleştirilen bir noktasal yük, yükten 0,4 m uzaklıkta bir noktada 15 V'luk bir potansiyel oluşturur.Yük 5 nC'dir. Ortamın dielektrik sabiti nedir?
A.) 1.8; B) 18; B.) 75; G.) 7.5; D.) 1.3.

3.21. Elektrik alanı +q 1 ve -q 2 yükleri tarafından oluşturulur ve birinci yük mutlak değerde ikinciden büyüktür. +q 1 ve -q 2 yükleri arasında C noktasına yerleştirilen +q3 yüküne etki eden bileşke kuvvetin yönünü bulun (bkz. Şekil 15).

A.) sağa;
B.) sola;
B.) yukarı;
G.) aşağı.

3.22. Bir hava kondansatörünün yatay plakaları arasına 100 V'luk bir voltaj uygulanır.Kondansatör plakaları arasında 10 mg ağırlığında yüklü bir toz zerresi hareketsiz durur. Ne ücret plakalar arasındaki mesafe 50 mm ise toz parçacıkları?
A.) 50 uC; B.) 50 nC; C.) 50 mC; D.) 0.02 nC.

3.23. Ne kinetik enerji bir elektrik alanında 100 V'luk bir potansiyel farkı geçen yüklü bir parçacık kazanacaktır Parçacığın yükü 2 μC'dir. İlk hız sıfırdır.

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

3.24. Şekilde gösterilen yükler ise, karenin merkezine yerleştirilen q yüküne etki eden bileşke kuvvetin modülü nedir? 16?

ANCAK.)

; B.)

;

B.) 0; G.)

.

3.25. Kütlesi m ve yükü q 1 olan küçük bir top havada ipek bir iplik üzerinde asılı duruyor. Topun altına R mesafesinde belirli bir q 2 yükü konursa, iplik gerilim kuvveti 2 kat azalır. Yük miktarını belirleyin q 2 .
ANCAK.)

; B.)

; AT.)

; G.)

.

3.26. 1 ∙ 10 -7 C'lik bir nokta şarjı bir vakuma yerleştirilir ve bir sıvıya 3 ∙ 10 -7 C'lik bir nokta şarjı yerleştirilir. Yüklerden eşit uzaklıkta olan noktalarda alan kuvvetleri aynıdır. Belirlemek geçirgenlik sıvılar.
A.) 9; B.) 1/9; 3'TE; G.) 1/3.

3.27. Kütlesi 1 g ve yükü 9.8 ∙ 10 -8 C olan bir top ince bir ipek iplik üzerinde havada asılı duruyor. Zıt işaretli ikinci bir top ilk toptan 3 cm mesafeye yerleştirilirse, iplik dikey olarak 45 0'dır. Ücretini belirleyin.
A.) 9 - 10 -17 C; B.) 9 - 10 -15°C; B.) 9 - 10 -12 C; G.) 10 -8 Cl.

3.28. Alan 10 -8 C yük ile oluşturulmuştur. Bir protonu yükten 16 cm uzaklıkta bulunan bir noktadan 20 cm uzağa hareket ettirirken kuvvetler tarafından ne iş yapılır?
A.) 2 ∙ 10 -18 J; B.) 18 ∙ 10 -18 J; B.) 2 ∙ 10 -16 J; G.) 2 ∙ 10 -27 J.

3.29. Plakalar arasındaki potansiyel farkı 100 V'tur. Plakalardan biri topraklanmıştır (bkz. Şekil 17). A, B, C, D, E, K noktalarının potansiyelini belirleyin.

3.30. 20 pF kapasiteli bir düz hava kondansatörü 100 V'luk bir potansiyel farkla şarj edilir ve kaynakla bağlantısı kesilir. Kondansatör plakaları arasındaki mesafeyi iki katına çıkarmak için hangi iş yapılmalıdır?
A.) 2 ∙ 10 -7 J; B.) 0,5 ∙ 10 -7 J; C.) 10 -7 J.

Doğru cevapların anahtarları

Uzaktan eylem (uzun menzilli)

Elektrik yüklerinin etkileşimi kavramı, yüklerin tam olarak nasıl etkileşime girdiğini açıklar. Aynı burcun yükleri iter, zıt işaretlerin yükleri birbirini çeker. Coulomb yasası, yakınında başka hiçbir ücret olmadığında veya değerleri ihmal edildiğinde, yani, olduğu gibi, yalnızca iki etkili nokta yükü olduğunda, iki nokta yükü için geçerlidir. Yükler hareket halindeyse, nokta yükler değilse veya bu yükler diğer yüklerin elektrik alanında hareket ediyorsa, Coulomb Yasası formülünü uygulamak imkansızdır.

Yüklerin etkileşiminin elektrik kuvveti, temassız bir eylem olarak tanımlanır, başka bir deyişle, uzun menzilli bir eylem vardır, yani bir mesafede bir eylem. Böyle uzun menzilli bir eylemi tanımlamak için, bir elektrik alanı kavramını tanıtmak ve eylemi uzaktan açıklamak için kullanmak uygundur.

Elektrik alan kavramı ifade edilir matematiksel dil matematiksel ifadeler ve terimlerle.

Elektriksel kuvvetler temassızdır

Kuvvet kavramı, Newton'un üç Yasasında tanımlandığı gibi, fizikteki kuvvet kavramıdır (temsilidir). İki kuvvet kategorisi vardır: temas kuvvetleri ve temas gerektirmeyen kuvvetler. Yerçekimi ve elektrik kuvvetleri temassızdır ve şimdiye kadar konuşulmaktadır. aktif kuvvetler Ey.

Yerçekimi kuvvetleri uzun menzilli kuvvetlerdir, birbirlerinden biraz uzakta olsalar bile iki nesne arasında hareket ederler. Bir tepeden serbestçe yuvarlanan bir araba, Dünya'nın bir başkasını çekmesi durumundaki uzun menzilli kuvvetlerin bir örneğidir. fiziksel beden- otomobil. Bir topçu silahından bir mermi fırlatırsanız, parabolik bir yörünge boyunca hareket edecektir. Merminin uçuşu sırasında, Dünya ile ve hatta yüzeyi ile teması yoktur, bu da aralarında temasın olmadığını gösterir. Dünya ve yerçekimi kuvvetlerinin uçan bir mermi temassız hareketi. Elektrik yükleri, böyle uzun menzilli bir etkileşime benzer şekilde etkileşime girer. Bu etkileşim, kullanılarak uygun bir şekilde tarif edilebilir. matematiksel temsil alanlar (elektrik, yerçekimi).

Elektrik alan konsepti

Örneğin bir hektarlık bir alana sahip gerçek bir alan hayal edin. Buğday ile ekilsin. Her bir buğday tanesinin bu tarlanın uzayında nerede bulunduğunu ve hangi kütleye sahip olduğunu keşfetmek istediğinizi varsayalım. Bunu yapmak için, bir sayfa kağıt almanız ve bu alanın alanını bir ölçekte çizmeniz, önce X ve Y koordinat eksenlerini çizmeniz gerekecek, böylece tablo gibi bir koordinat ızgarası alacaksınız, burada her hücrenin kendi adresi X ve Y değerleri şeklindedir.Diyelim ki bu alanda her bir taneyi bulup tartmayı başardınız ve sonucu bu yere karşılık gelen hücreye yazın. Gerçek bir buğday tarlasının tam bir çalışmasının sonucu olarak, her bir tahılın kütle değerleri şeklinde soyut matematiksel temsilini bir kağıda alacaksınız. Aynı şekilde gerçek alanın her yerinde sıcaklık, nem ve diğer fiziksel parametreleri inceleyebilir ve sonuçları bir tablo tablosuna girebilirsiniz. Bu alanın matematiksel soyut gösterimidir.

İki türe ayrılabilecek çeşitli fiziksel nicelikler ve özellikler vardır. Bunlar skalerdir, yani sıcaklık, nem, kütle, yoğunluk vb. gibi yönsüz nicelikler ve skaler olanlardan farklı olarak sadece boyut (sayı) ile değil aynı zamanda yön ile de karakterize edilen vektör fiziksel nicelikleridir. Bir kuvvet gibi bir fiziksel nicelik bir vektör niceliğidir, yani sadece bir boyutu (skalerlerin yanı sıra) değil, aynı zamanda bir yönü de vardır. Yön nasıl dikkate alınır? Nasıl ölçülür? Sıcaklık, nem ve basınç, bir çizgi (bir koordinat ekseni) şeklinde bir ölçeğe sahiptir. Bu, skalerleri ölçmenin bir yoludur. Düzlemdeki vektör miktarları için iki koordinat ekseni ve uzayda üç koordinat ekseni gereklidir. Vektör büyüklüklerinin yönünü belirlemek ve ölçmek için vektörün orijine göre dönme açısının değeri kullanılır. Bir vektör yazmak için kutupsal koordinatları kullanmak en uygunudur, ancak olağan Kartezyen koordinatları kullanmak oldukça mümkündür.

Yukarıdaki buğday tarlası örneğinde, tane kütlesi ölçüldüğünde, skaler bir miktar olan kütle için matematiksel bir gösterim oluşturulmuştur. Böyle bir gösterim skaler matematiksel alan olarak adlandırılabilir. Uzayda uzun mesafelerde, yani temassız olarak etki eden elektrik kuvvetlerini bu şekilde tanımlamak için bir vektör matematiksel gösterimi kullanmak gerekir. Bu vektör kaydı sadece elektrik alanı denilen şeyi temsil edecektir. Bir vektör alanı, eylem yönünü hesaba katmak gerektiğinden, daha karmaşık ve daha derin bir anlayışta skalerden farklıdır. Fiziksel gücü büyüklüklerine ek olarak (skaler).

Unutulmamalıdır ki bir kağıt parçası üzerindeki kayıt, alanın formdaki temsili sadece bir kayıttır ve gerçekte uzayda böyle bir kuvvet çizgileri yoktur. Her kaydın arkasında, alanın görüntüsü orijinaldir, yani potansiyel veya fiili eylemde uzaydaki kuvvetlerin gerçek eylemi. Elektrik alanın sayılar ve çizgiler, renkler vb. şeklinde kaydedildiğini söyleyebiliriz. - bu, etki eden kuvvetlerin kaynaklarının elektrik yükleri olduğu, incelenen alanın bir fotoğrafıdır. Böyle bir "fotoğraf" özel bir madde türü olarak adlandırılamaz, ancak tüm alanın, kaynakları uzun menzilli kuvvetler olan alanlarla dolu olduğu iddia edilebilir. Kuvvetin kaynağı birincildir ve vektörün matematiksel gösterimi veya skaler alan ikincil. Gücün kaynağı gerçektir ve kayıt sadece bir "fotoğraftır", orijinalin bir görüntüsüdür.

Elektrik alan görüntüsü

Elektrik yüklerinin kuvvetlerinin hareketini bilgi biçiminde kaydetmek için, uzayda iki tip kuvvet çizgileri şeklinde gösterilen matematiksel bir vektör alanı kullanılır. Bir tür çizgi eşpotansiyeldir, yani eşit değerler potansiyel (gerginlik) ve başka bir çizgi tipine kuvvet denir. Bu kuvvet çizgileri eş potansiyel çizgileri keser ve uzaydaki noktalardaki kuvvetlerin değeri için ölçeklerdir. Elektrik alanının bir resmini oluşturmak için elektrik alan kuvvetinin değerinin hesaplanması kullanılır. Elektrik alanının temsili yoluyla yüklerin etkileşimini tanımlamak için yoğunluk değeri temeldir.