Enciklopedijski YouTube
-
1 / 5
Osnove elektrostatike postavili su Coulombovi radovi (iako deset godina prije njega, Cavendish je dobio iste rezultate, čak i sa još većom preciznošću. Rezultati Cavendishovog rada čuvani su u porodičnom arhivu i objavljeni tek stotinu godina kasnije) ; pronađeno najnoviji zakon električne interakcije omogućile su Greenu, Gausu i Poissonu da stvore matematički elegantnu teoriju. Najvažniji dio elektrostatike je teorija potencijala koju su kreirali Green i Gauss. Velik dio eksperimentalnih istraživanja elektrostatike sproveo je Rees, čije su knjige u nekadašnjim vremenima bile glavna pomoć u proučavanju ovih pojava.
Dielektrična konstanta
Pronalaženje vrijednosti dielektričnog koeficijenta K bilo koje supstance, koeficijenta uključenog u gotovo sve formule koje se moraju baviti u elektrostatici, može se učiniti vrlo Različiti putevi. Najčešće korištene metode su sljedeće.
1) Poređenje električnih kapacitivnosti dva kondenzatora iste veličine i oblika, ali kod kojih jedan ima izolacijski sloj zraka, drugi ima sloj dielektrika koji se ispituje.
2) Poređenje privlačenja između površina kondenzatora, kada se ovim površinama prijavljuje određena razlika potencijala, ali u jednom slučaju između njih postoji zrak (prilazna sila \u003d F 0), u drugom slučaju - ispitni tekući izolator (sila privlačenja \u003d F). Dielektrični koeficijent se nalazi po formuli:
K = F 0 F . (\displaystyle K=(\frac (F_(0))(F)).)3) Posmatranja električnih talasa (vidi Električne oscilacije) koji se šire duž žica. Prema Maxwellovoj teoriji, brzina širenja električnih valova duž žica izražava se formulom
V = 1 K μ . (\displaystyle V=(\frac (1)(\sqrt (K\mu ))).)u kojem K označava dielektrični koeficijent medija koji okružuje žicu, μ označava magnetnu permeabilnost ovog medija. Moguće je postaviti μ = 1 za ogromnu većinu tijela, i stoga ispada
V = 1 K. (\displaystyle V=(\frac (1)(\sqrt (K))).)Obično se uspoređuju dužine stajaćih električnih valova koji nastaju u dijelovima iste žice u zraku i u ispitivanom dielektriku (tečnosti). Odredivši ove dužine λ 0 i λ, dobijamo K = λ 0 2 / λ 2. Prema Maxwellovoj teoriji, slijedi da kada je električno polje pobuđeno u bilo kojoj izolacijskoj tvari, unutar te tvari dolazi do posebnih deformacija. Duž indukcijskih cijevi, izolacijski medij je polariziran. U njemu nastaju električni pomaci, koji se mogu uporediti sa kretanjima pozitivnog elektriciteta u pravcu osa ovih cevi, a kroz svaki poprečni presek cevi prolazi količina električne energije jednaka
D = 1 4 π K F . (\displaystyle D=(\frac (1)(4\pi))KF.)Maxwellova teorija omogućava pronalaženje izraza za njih unutrašnje sile(sile napetosti i pritiska), koje su u dielektricima kada je u njima pobuđeno električno polje. Ovo pitanje je prvo razmatrao sam Maxwell, a kasnije i detaljnije Helmholtz. Daljnji razvoj teorije ovog pitanja i teorije elektrostrikcije (odnosno teorije koja razmatra pojave koje zavise od pojave posebnih napona u dielektricima kada je u njima pobuđeno električno polje) pripada radovima Lorberga, Kirchhoffa, P. Duhem, N. N. Schiller i neki drugi.
Granični uslovi
Hajde da završimo sažetak najznačajniji odeljenje elektrostrikcije razmatranjem pitanja prelamanja indukcionih cevi. Zamislite dva dielektrika u električnom polju, odvojena jedan od drugog nekom površinom S, sa dielektričnim koeficijentima K 1 i K 2 .
Neka su u tačkama P 1 i P 2 koje se nalaze beskonačno blizu površine S sa obe strane, veličine potencijala izražene kroz V 1 i V 2, a veličina sila koje doživljava jedinica pozitivnog elektriciteta postavljena na ove tačke kroz F 1 i F 2. Tada za tačku P koja leži na samoj površini S, to bi trebalo biti V 1 = V 2,
d V 1 d s = d V 2 d s , (30) (\displaystyle (\frac (dV_(1))(ds))=(\frac (dV_(2))(ds)),\qquad (30))ako ds predstavlja beskonačno mali pomak duž linije presjeka tangentne ravnine na površinu S u tački P sa ravninom koja prolazi kroz normalu na površinu u toj tački i kroz smjer električne sile na njoj. S druge strane, trebalo bi
K 1 d V 1 d n 1 + K 2 d V 2 d n 2 = 0. (31) (\displaystyle K_(1)(\frac (dV_(1))(dn_(1)))+K_(2)( \frac (dV_(2))(dn_(2)))=0.\qquad (31))Označimo sa ε 2 ugao koji formira sila F2 sa normalom n2 (unutar drugog dielektrika), a kroz ε 1 ugao koji formira sila F 1 sa istom normalom n 2 Zatim, koristeći formule (31) i (30 ), mi nalazimo
t g ε 1 t g ε 2 = K 1 K 2 . (\displaystyle (\frac (\mathrm (tg) (\varepsilon _(1)))(\mathrm (tg) (\varepsilon _(2))))=(\frac (K_(1))(K_( 2))).)Dakle, na površini koja razdvaja dva dielektrika jedan od drugog, električna sila podliježe promjeni svog smjera, poput svjetlosnog snopa koji ulazi iz jednog medija u drugi. Ova posljedica teorije je opravdana iskustvom.
električna provodljivost
Električni otpor
Električna impedancijaVidi također: Portal:Fizika Elektrostatika- grana doktrine elektriciteta, koja proučava interakciju nepomičnih električnih naboja.
Između istog imena nabijenih tijela postoji elektrostatičko (ili kulonovsko) odbijanje, a između drugačije naelektrisano - elektrostatičko privlačenje. Fenomen odbijanja sličnih naelektrisanja leži u osnovi stvaranja elektroskopa - uređaja za detekciju električnih naboja.
Elektrostatika je zasnovana na Coulombovom zakonu. Ovaj zakon opisuje interakciju tačkastih električnih naboja.
Priča
Osnove elektrostatike postavili su Coulombovi radovi (iako deset godina prije njega, Cavendish je dobio iste rezultate, čak i sa još većom preciznošću. Rezultati Cavendishovog rada čuvani su u porodičnom arhivu i objavljeni tek stotinu godina kasnije) ; zakon električnih interakcija koji je pronašao potonji omogućio je Greenu, Gausu i Poissonu da stvore matematički elegantnu teoriju. Najznačajniji dio elektrostatike je teorija potencijala koju su kreirali Green i Gauss. Velik dio eksperimentalnih istraživanja elektrostatike sproveo je Rees, čije su knjige u nekadašnjim vremenima bile glavna pomoć u proučavanju ovih pojava.
Dielektrična konstanta
Pronalaženje vrijednosti dielektričnog koeficijenta K bilo koje supstance, koeficijenta uključenog u gotovo sve formule koje se moraju baviti u elektrostatici, može se obaviti na vrlo različite načine. Najčešće korištene metode su sljedeće.
1) Poređenje električnih kapacitivnosti dva kondenzatora iste veličine i oblika, ali kod kojih jedan ima izolacijski sloj zraka, drugi ima sloj dielektrika koji se ispituje.
2) Poređenje privlačenja između površina kondenzatora, kada se ovim površinama prijavljuje određena razlika potencijala, ali u jednom slučaju između njih postoji zrak (prilazna sila \u003d F 0), u drugom slučaju - ispitni tekući izolator (sila privlačenja \u003d F). Dielektrični koeficijent se nalazi po formuli:
3) Posmatranja električnih talasa (vidi Električne oscilacije) koji se šire duž žica. Prema Maxwellovoj teoriji, brzina širenja električnih valova duž žica izražava se formulom
u kojem K označava dielektrični koeficijent medija koji okružuje žicu, μ označava magnetnu permeabilnost ovog medija. Moguće je postaviti μ = 1 za ogromnu većinu tijela, i stoga ispada
Obično se uspoređuju dužine stajaćih električnih valova koji nastaju u dijelovima iste žice u zraku i u ispitivanom dielektriku (tečnosti). Odredivši ove dužine λ 0 i λ, dobijamo K = λ 0 2 / λ 2. Prema Maxwellovoj teoriji, slijedi da kada je električno polje pobuđeno u bilo kojoj izolacijskoj tvari, unutar te tvari dolazi do posebnih deformacija. Duž indukcijskih cijevi, izolacijski medij je polariziran. U njemu nastaju električni pomaci, koji se mogu uporediti sa kretanjima pozitivnog elektriciteta u pravcu osa ovih cevi, a kroz svaki poprečni presek cevi prolazi količina električne energije jednaka
Maxwellova teorija omogućava pronalaženje izraza za one unutrašnje sile (sile napetosti i pritiska) koje se pojavljuju u dielektricima kada je u njima pobuđeno električno polje. Ovo pitanje je prvo razmatrao sam Maxwell, a kasnije i detaljnije Helmholtz. Daljnji razvoj teorije ovog pitanja i teorije elektrostrikcije (odnosno teorije koja razmatra pojave koje zavise od pojave posebnih napona u dielektricima kada se u njima pobuđuje električno polje) pripada radovima Lorberga, Kirchhoffa, P. Duhem, N. N. Schiller i neki drugi.
Granični uslovi
Završimo ovaj sažetak najvažnijeg iz odjela elektrostrikcije s razmatranjem pitanja prelamanja indukcijskih cijevi. Zamislite dva dielektrika u električnom polju, odvojena jedan od drugog nekom površinom S, sa dielektričnim koeficijentima K 1 i K 2 .
Neka su u tačkama P 1 i P 2 koje se nalaze beskonačno blizu površine S sa obe strane, veličine potencijala izražene kroz V 1 i V 2, a veličina sila koje doživljava jedinica pozitivnog elektriciteta postavljena na ove tačke kroz F 1 i F 2. Tada za tačku P koja leži na samoj površini S, to bi trebalo biti V 1 = V 2,
ako ds predstavlja beskonačno mali pomak duž linije presjeka tangentne ravnine na površinu S u tački P sa ravninom koja prolazi kroz normalu na površinu u toj tački i kroz smjer električne sile na njoj. S druge strane, trebalo bi
Označimo sa ε 2 ugao koji formira sila F2 sa normalom n2 (unutar drugog dielektrika), a kroz ε 1 ugao koji formira sila F 1 sa istom normalom n 2 Zatim, koristeći formule (31) i (30 ), mi nalazimo
Dakle, na površini koja razdvaja dva dielektrika jedan od drugog, električna sila podliježe promjeni svog smjera, poput svjetlosnog snopa koji ulazi iz jednog medija u drugi. Ova posljedica teorije je opravdana iskustvom.
vidi takođe
- elektrostatičko pražnjenje
Književnost
- Landau, L. D., Lifshitz, E. M. Teorija polja. - Izdanje 7. ispravljeno. - M.: Nauka, 1988. - 512 str. - ("Teorijska fizika", tom II). - ISBN 5-02-014420-7
- Matveev A. N. elektricitet i magnetizam. M.: postdiplomske škole, 1983.
- Tunel M.-A. Osnove elektromagnetizma i teorije relativnosti. Per. od fr. M.: Strana književnost, 1962. 488 str.
- Borgman, "Osnove učenja o električnim i magnetskim fenomenima" (tom I);
- Maxwell, "Traktat o elektricitetu i magnetizmu" (tom I);
- Poincaré, "Electricité et Optique"";
- Wiedemann, "Die Lehre von der Elektricität" (tom I);
Linkovi
- Konstantin Bogdanov.Šta može elektrostatika // Quantum. - M.: Biro Quantum, 2010. - Br. 2.
Bilješke
Glavne sekcije U elektrostatici, Coulombov zakon je jedan od osnovnih. Koristi se u fizici za određivanje sile interakcije između dva fiksna naboja ili udaljenosti između njih. To je osnovni zakon prirode koji ne zavisi ni od koga drugog zakona. Tada oblik stvarnog tijela ne utječe na veličinu sila. U ovom članku ćemo reći običan jezik Coulombov zakon i njegova primjena u praksi.
Istorija otkrića
Sh.O. Coulomb je 1785. prvi put eksperimentalno dokazao interakcije opisane zakonom. U svojim eksperimentima koristio je posebnu torzijsku vagu. Međutim, još 1773. godine, Cavendish je na primjeru sfernog kondenzatora dokazao da unutar sfere nema električnog polja. Ovo sugerira da se elektrostatičke sile mijenjaju ovisno o udaljenosti između tijela. Da budemo precizniji - kvadrat udaljenosti. Tada njegovo istraživanje nije objavljeno. Istorijski gledano, ovo otkriće je dobilo ime po Kulonu, a slično ime ima i veličina u kojoj se mjeri naboj.
Formulacija
Definicija Coulombovog zakona je: u vakuumuF interakcija dvaju nabijenih tijela direktno je proporcionalna proizvodu njihovih modula i obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti između njih.
Zvuči kratko, ali možda nije svima jasno. Jednostavnim riječima: Što tijela imaju veći naboj i što su bliža jedno drugom, to je sila veća.
I obrnuto: Ako povećate udaljenost između naboja - sila će postati manja.
Formula za Coulombovo pravilo izgleda ovako:
Oznake slova: q - vrijednost naboja, r - udaljenost između njih, k - koeficijent, zavisi od odabranog sistema jedinica.
Vrijednost naboja q može biti uslovno pozitivna ili uslovno negativna. Ova podjela je vrlo uslovna. Kada tijela dođu u kontakt, može se prenijeti s jednog na drugo. Iz toga slijedi da isto tijelo može imati naelektrisanje različite veličine i znaka. Tačkasti naboj je takav naboj ili tijelo čije su dimenzije mnogo manje od udaljenosti moguće interakcije.
Treba uzeti u obzir da okruženje u kojem se nalaze naelektrisanja utiče na interakciju F. Budući da je gotovo jednak u vazduhu i u vakuumu, Coulombovo otkriće je primenljivo samo za ove medije, to je jedan od uslova za primenu ovakve formule. Kao što je već pomenuto, u SI sistemu jedinica naelektrisanja je Kulon, skraćeno Cl. Karakterizira količinu električne energije po jedinici vremena. To je derivat osnovnih SI jedinica.
1 C = 1 A * 1 s
Treba napomenuti da je dimenzija 1 C suvišna. Zbog činjenice da se nosači međusobno odbijaju, teško ih je zadržati u malom tijelu, iako je sama struja od 1A mala ako teče u vodiču. Na primjer, u istoj žarulji sa žarnom niti od 100 W teče struja od 0,5 A, au električnom grijaču više od 10 A. Takva sila (1 C) je približno jednaka sili koja djeluje na tijelo mase 1 t sa strane globusa.
Možda ste primijetili da je formula skoro ista kao u gravitacijskoj interakciji, samo ako se mase pojavljuju u Njutnovoj mehanici, tada se pojavljuju naboji u elektrostatici.
Coulombova formula za dielektrični medij
Koeficijent, uzimajući u obzir vrijednosti SI sistema, određuje se u N 2 *m 2 /Cl 2. To je jednako:
U mnogim udžbenicima ovaj koeficijent se može naći u obliku razlomka:
Ovdje je E 0 \u003d 8,85 * 10-12 C2 / N * m2 električna konstanta. Za dielektrik se dodaje E - dielektrična konstanta medija, tada se Coulombov zakon može koristiti za izračunavanje sila interakcije naboja za vakuum i medij.
Uzimajući u obzir uticaj dielektrika, on ima oblik:
Odavde vidimo da uvođenje dielektrika između tijela smanjuje silu F.
Kako su usmjerene sile?
Naboji međusobno djeluju ovisno o svom polaritetu - isti naboji se odbijaju, a suprotni (suprotni) privlače.
Usput, to je glavna razlika od sličnog zakona gravitacijske interakcije, gdje se tijela uvijek privlače. Sile usmjerene duž linije povučene između njih nazivaju se radijus vektor. U fizici se označava kao r 12 i kao radijus vektor od prvog do drugog naboja i obrnuto. Sile su usmjerene od središta naboja ka suprotnom naboju duž ove linije ako su naboji suprotni, i u poleđina, ako su istog imena (dva pozitivna ili dva negativna). U vektorskom obliku:
Sila primijenjena na prvo naelektrisanje iz drugog označava se kao F 12. Tada, u vektorskom obliku, Coulombov zakon izgleda ovako:
Za određivanje sile primijenjene na drugo punjenje koriste se oznake F 21 i R 21.
Ako tijelo ima složen oblik i dovoljno je veliko da se na određenoj udaljenosti ne može smatrati tačkom, onda se dijeli na male dijelove i svaki dio se smatra tačkastim nabojem. Nakon geometrijskog sabiranja svih rezultirajućih vektora, dobije se rezultujuća sila. Atomi i molekuli međusobno djeluju po istom zakonu.
Primjena u praksi
Coulombovi radovi su veoma važni u elektrostatici, u praksi se koriste u nizu izuma i uređaja. Odličan primjer može se razlikovati gromobran. Uz njegovu pomoć štite zgrade i električne instalacije od grmljavine i na taj način sprječavaju požar i kvar opreme. Kada pada kiša s grmljavinom, na zemlji se pojavljuje inducirani naboj velike veličine, oni se privlače prema oblaku. Ispostavilo se da se na površini zemlje pojavljuje veliko električno polje. U blizini vrha gromobrana ima veliku vrijednost, zbog čega se sa vrha (od zemlje, preko gromobrana do oblaka) zapali koronsko pražnjenje. Naelektrisanje iz zemlje privlači suprotni naboj oblaka, prema Coulombovom zakonu. Vazduh je jonizovan, a jačina električnog polja se smanjuje blizu kraja gromobrana. Dakle, naelektrisanja se ne akumuliraju na zgradi, u kom slučaju je verovatnoća udara groma mala. Ako dođe do udarca u zgradu, onda će kroz gromobran sva energija otići u zemlju.
Ozbiljno naučno istraživanje koristiti najveću konstrukciju 21. vijeka - akcelerator čestica. U njemu električno polje obavlja posao povećanja energije čestice. Posmatrajući ove procese sa stanovišta uticaja grupe naelektrisanja na tačkasto naelektrisanje, onda se ispostavlja da su svi odnosi zakona validni.
Korisno
- Osnovni zakoni dinamike. Njutnovi zakoni - prvi, drugi, treći. Galilejev princip relativnosti. Zakon univerzalne gravitacije. Gravitacija. Sile elastičnosti. Težina. Sile trenja - mirovanje, klizanje, kotrljanje + trenje u tečnostima i gasovima.
- Kinematika. Osnovni koncepti. Ravnomjerno pravolinijsko kretanje. Ujednačeno kretanje. Ujednačeno kružno kretanje. Referentni sistem. Putanja, pomak, putanja, jednadžba kretanja, brzina, ubrzanje, odnos linearne i ugaone brzine.
- jednostavnim mehanizmima. Poluga (poluga prve vrste i poluga druge vrste). Blok (fiksni blok i pokretni blok). Kosa ravnina. Hidraulična presa. Zlatno pravilo mehanike
- Zakoni očuvanja u mehanici. Mehanički rad, snaga, energija, zakon održanja količine kretanja, zakon održanja energije, ravnoteža čvrstih tijela
- Kružno kretanje. Jednačina kretanja u krugu. Ugaona brzina. Normalno = centripetalno ubrzanje. Period, frekvencija cirkulacije (rotacije). Odnos linearne i ugaone brzine
- Mehaničke vibracije. Slobodne i prisilne vibracije. Harmonične vibracije. Elastične oscilacije. Matematičko klatno. Energetske transformacije tokom harmonijskih vibracija
- mehanički talasi. Brzina i talasna dužina. Jednačina putujućeg talasa. Talasni fenomeni (difrakcija, interferencija...)
- Hidromehanika i aeromehanika. Pritisak, hidrostatički pritisak. Pascalov zakon. Osnovna jednadžba hidrostatike. Plovila za komunikaciju. Arhimedov zakon. Uslovi plovidbe tel. Protok fluida. Bernulijev zakon. Torricelli formula
- Molekularna fizika. Osnovne odredbe IKT. Osnovni pojmovi i formule. Svojstva idealnog gasa. Osnovna jednadžba MKT. Temperatura. Jednačina stanja za idealni gas. Mendeljejev-Klajperonova jednadžba. Gasni zakoni - izoterma, izobara, izohora
- Talasna optika. Korpuskularno-talasna teorija svjetlosti. Talasna svojstva svjetlosti. disperzija svetlosti. Smetnje svetlosti. Huygens-Fresnel princip. Difrakcija svjetlosti. Polarizacija svetlosti
- Termodinamika. Unutrašnja energija. Posao. Količina toplote. Toplotni fenomeni. Prvi zakon termodinamike. Primjena prvog zakona termodinamike na različite procese. Jednačina toplotnog bilansa. Drugi zakon termodinamike. Toplotni motori
- sada ste ovdje: Elektrostatika. Osnovni koncepti. Električno punjenje. Zakon održanja električnog naboja. Coulombov zakon. Princip superpozicije. Teorija bliske akcije. Potencijal električnog polja. Kondenzator.
- Konstantna električna struja. Ohmov zakon za dio kola. Rad i DC napajanje. Joule-Lenzov zakon. Ohmov zakon za kompletno kolo. Faradejev zakon elektrolize. Električna kola - serijska i paralelna veza. Kirchhoffova pravila.
- Elektromagnetne vibracije. Slobodne i prisilne elektromagnetne oscilacije. Oscilatorno kolo. Naizmjenična električna struja. Kondenzator u AC kolu. Induktor ("solenoid") u kolu naizmjenične struje.
- Elementi teorije relativnosti. Postulati teorije relativnosti. Relativnost simultanosti, udaljenosti, vremenskih intervala. Relativistički zakon sabiranja brzina. Ovisnost mase o brzini. Osnovni zakon relativističke dinamike...
- Greške direktnih i indirektnih mjerenja. Apsolutna, relativna greška. Sistematske i slučajne greške. Standardna devijacija (greška). Tablica za određivanje grešaka indirektnih mjerenja različitih funkcija.
- postoje dvije vrste naboja, koje se uvjetno nazivaju pozitivnim i negativnim;
- električni naboji se mogu prenositi s jednog tijela na drugo;
- Električni naboji istog imena se međusobno odbijaju, a suprotni se privlače.
- sila je proporcionalna veličini svakog naboja;
- sila je obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti između njih;
- smjer sile usmjeren je duž prave linije koja spaja naboje;
- sila je privlačenje ako su tijela suprotno nabijena, a odbijanje u slučaju sličnih naboja.
- efekat na naelektrisanu česticu nekoliko sila je vektorska suma uticaj ovih sila;
- svaki složeni pokret sastoji se od nekoliko jednostavnih pokreta.
Takođe u Ancient Greece primjećeno je da ćilibar utrljan krznom počinje privlačiti sitne čestice - prašinu i mrvice. Dugo vremena (sve do sredine 18. vijeka) nisu mogli dati ozbiljno opravdanje za ovu pojavu. Tek 1785. Coulomb je, posmatrajući interakciju naelektrisanih čestica, izveo osnovni zakon njihove interakcije. Otprilike pola stoljeća kasnije, Faraday je istraživao i sistematizovao djelovanje električnih struja i magnetnih polja, a trideset godina kasnije Maxwell je potkrijepio teoriju elektromagnetnog polja.
Električno punjenje
Po prvi put, termine "elektrika" i "elektrizacija", kao derivate latinske riječi "electri" - ćilibar, uveo je 1600. godine engleski naučnik W. Gilbert kako bi objasnio fenomene koji se javljaju kada se ćilibar trlja krznom. ili staklo sa kožom. Tako su se tijela koja imaju električna svojstva počela nazivati električno nabijenim, odnosno na njih se prenosio električni naboj.
Iz navedenog proizilazi da je električni naboj kvantitativna karakteristika, koji pokazuje stepen mogućeg učešća tela u elektromagnetnoj interakciji. Naboj je označen sa q ili Q i ima kapacitet Kulona (C)
Kao rezultat brojnih eksperimenata, izvedena su glavna svojstva električnih naboja:
Osim toga, uspostavljen je zakon održanja naboja: algebarski zbir električnih naboja u zatvorenom (izolovanom) sistemu ostaje konstantan
Godine 1749. američki izumitelj Benjamin Franklin iznio je teoriju električnih fenomena, prema kojoj je elektricitet nabijena tekućina, čiji je nedostatak definirao kao negativan elektricitet, a višak kao pozitivan elektricitet. Tako je nastao čuveni paradoks elektrotehnike: prema teoriji B. Franklina, električna energija teče s pozitivnog na negativni pol.
Prema modernoj teoriji strukture tvari, sve tvari se sastoje od molekula i atoma, koji se sastoje od jezgra atoma i elektrona "e" koji rotiraju oko njega. Jezgro je heterogeno i sastoji se od protona "p" i neutrona "n". Štaviše, elektroni su negativno nabijene čestice, a protoni pozitivno. Budući da udaljenost između elektrona i jezgra atoma značajno premašuje veličinu samih čestica, elektroni se mogu odvojiti od atoma, uzrokujući na taj način kretanje električnih naboja između tijela.
Pored gore opisanih svojstava, električni naboj ima svojstvo dijeljenja, ali postoji vrijednost minimalnog mogućeg nedjeljivog naboja, jednaka apsolutnoj vrijednosti naboju elektrona (1,6 * 10 -19 C), koji se također naziva elementarnog naboja. Trenutno je dokazano postojanje čestica sa električnim nabojem manjim od elementarnog, koje se nazivaju kvarkovi, ali vrijeme njihovog postojanja je neznatno i nisu pronađene u slobodnom stanju.
Coulombov zakon. Princip superpozicije
Interakciju fiksnih električnih naboja proučava dio fizike koji se zove elektrostatika, koji se zapravo temelji na Coulombovom zakonu, koji je izveden na osnovu brojnih eksperimenata. Ovaj zakon, kao i jedinica električnog naboja, dobio je ime po francuskom fizičaru Charlesu Coulomb-u.
Coulomb je, vodeći svoje eksperimente, otkrio da se sila interakcije između dva mala električna naboja pokorava sljedećim pravilima:
Dakle, Coulombov zakon se izražava sljedećom formulom
gdje su q1, q2 veličina električnih naboja,
r je udaljenost između dva naboja,
k - koeficijent proporcionalnosti jednak k = 1 / (4πε 0) \u003d 9 * 10 9 C 2 / (N * m 2), gdje je ε 0 električna konstanta, ε 0 = 8,85 * 10 -12 C 2 /( N * m 2).
Napominjem da se ranije električna konstanta ε0 zvala dielektrična konstanta ili permitivnost vakuuma.
Coulombov zakon se manifestuje, ne samo u interakciji dva naelektrisanja, već i da su sistemi sa više naelektrisanja češći. U ovom slučaju, Coulombov zakon je dopunjen još jednim značajnim faktorom, koji se naziva "princip nametanja" ili princip superpozicije.
Princip superpozicije zasniva se na dva pravila:
Princip superpozicije, po mom mišljenju, najlakše je prikazati grafički
Na slici su prikazana tri naboja: -q 1 , +q 2 , +q 3 . Da bi se izračunala sila F total, koja deluje na naelektrisanje -q 1, potrebno je, prema Kulonovom zakonu, izračunati sile interakcije F1 i F2 između -q 1, +q 2 i -q 1, + q 3. Zatim dodajte rezultujuće sile prema pravilu sabiranja vektora. U ovom slučaju, Ftot se izračunava kao dijagonala paralelograma prema sljedećem izrazu
gdje je α ugao između vektora F1 i F2.
Električno polje. Jačina električnog polja
Svaka interakcija između naelektrisanja, koja se još naziva i Kulonova interakcija (prema nazivu Kulombovog zakona) odvija se uz pomoć elektrostatičkog polja, koje je električno polje stacionarnih naelektrisanja koje se ne menja u vremenu. Električno polje je dio elektromagnetnog polja i stvaraju ga električni naboji ili nabijena tijela. Električno polje djeluje na naelektrisanja i nabijena tijela, bez obzira da li se kreću ili miruju.
Jedan od osnovnih pojmova električnog polja je njegov intenzitet, koji se definira kao omjer sile koja djeluje na naboj u električnom polju i veličine ovog naboja. Da bi se razotkrio ovaj koncept, potrebno je uvesti koncept kao što je „procesna optužba“.
“Probni naboj” je naboj koji ne sudjeluje u stvaranju električnog polja, a također ima vrlo malu vrijednost i stoga svojim prisustvom ne uzrokuje preraspodjelu naboja u prostoru, čime se ne iskrivljuje električno polje stvoreno električnim optužbe.
Dakle, ako uvedemo „probno naelektrisanje“ q 0 u tačku koja se nalazi na određenoj udaljenosti od naelektrisanja q, tada će određena sila F delovati na „probno naelektrisanje“ q P, zbog prisustva naelektrisanja q. Odnos sile F 0 koja deluje na probno naelektrisanje, u skladu sa Kulombovim zakonom, i vrednosti "probnog naelektrisanja" naziva se jačina električnog polja. Jačina električnog polja je označena sa E i ima dubinu bita N/Cl
Potencijal elektrostatičkog polja. Razlika potencijala
Kao što znate, ako bilo koja sila djeluje na tijelo, onda takvo tijelo obavlja određeni posao. Dakle, naelektrisanje koje se nalazi u električnom polju takođe će obaviti posao. U električnom polju rad koji obavlja naboj ne zavisi od putanje kretanja, već je određen samo položajem koji čestica zauzima na početku i na kraju kretanja. U fizici se polja slična električnom polju (gdje rad ne ovisi o putanji tijela) nazivaju potencijalom.
Rad koji obavlja tijelo određen je sljedećim izrazom
gdje je F sila koja djeluje na tijelo,
S je put koji tijelo prijeđe pod djelovanjem sile F,
α je ugao između smjera kretanja tijela i smjera sile F.
Tada će se rad "probnog naboja" u električnom polju od strane stvorenog naboja q 0 odrediti iz Coulombovog zakona
gdje je q P - "probna optužba",
q 0 - naelektrisanje stvara električno polje,
r 1 i r 2 - rastojanje između q P i q 0 u početnoj i krajnjoj poziciji "probnog naboja".
Pošto je izvođenje rada povezano sa promjenom potencijalne energije W P , onda
A potencijalna energija "probnog naboja" u svakoj pojedinačnoj tački putanje će se odrediti iz sljedećeg izraza
Kao što se može vidjeti iz izraza sa promjenom vrijednosti “probnog naboja” q p, vrijednost potencijalne energije W P promijenit će se proporcionalno q p, stoga je za karakterizaciju električnog polja uveden još jedan parametar koji se naziva potencijal električno polje φ, koje je energetska karakteristika i određeno je sljedećim izrazom
gdje je k koeficijent proporcionalnosti jednak k = 1 / (4πε 0) \u003d 9 * 10 9 C 2 / (N * m 2), gdje je ε 0 električna konstanta, ε 0 = 8,85 * 10 -12 C 2 / (N * m 2).
Dakle, potencijal elektrostatičkog polja je energetska karakteristika koja karakteriše potencijalna energija, koji ima naelektrisanje postavljeno u datoj tački u elektrostatičkom polju.
Iz prethodno navedenog možemo zaključiti da se rad obavljen pri pomicanju naboja iz jedne tačke u drugu može odrediti iz sljedećeg izraza
To jest, rad koji obavljaju sile elektrostatičkog polja pri pomicanju naboja iz jedne točke u drugu jednak je proizvodu naboja i razlike potencijala u početnoj i krajnjoj točki putanje.
U proračunima je najpogodnije znati razliku potencijala između tačaka električnog polja, a ne specifične vrijednosti potencijali u ovim tačkama, dakle, govoreći o potencijalu bilo koje tačke polja, oni označavaju razliku potencijala između date tačke polja i druge tačke polja, čiji je potencijal dogovoreno jednak nuli.
Razlika potencijala određena je iz sljedećeg izraza i ima dimenziju Volt (V)
Nastavite čitati sljedeći članak
Teorija je dobra, ali bez praktične primjene to su samo riječi.
