Tietosanakirja YouTube

• 1 / 5

  Sähköstaattisen perustuksen loivat Coulombin teokset (vaikka kymmenen vuotta ennen häntä Cavendish sai samat tulokset, jopa vieläkin tarkemmalla tarkkuudella. Cavendishin työn tulokset säilyivät perheen arkistossa ja julkaistiin vasta sata vuotta myöhemmin) ; löytyi uusin laki sähköiset vuorovaikutukset mahdollistivat Greenin, Gaussin ja Poissonin luoda matemaattisesti elegantin teorian. Keskeisin osa sähköstaattista on Greenin ja Gaussin luoma potentiaaliteoria. Suuri osa sähköstaattista kokeellista tutkimusta suoritti Rees, jonka kirjat olivat ennen aikoina pääasiallinen apuväline näiden ilmiöiden tutkimuksessa.

  Dielektrisyysvakio

  Minkä tahansa aineen dielektrisen kertoimen K arvon löytäminen, kerroin, joka sisältyy lähes kaikkiin sähköstatiikan kaavoihin, voidaan tehdä hyvin eri tavoilla. Yleisimmin käytetyt menetelmät ovat seuraavat.

  1) Kahden kondensaattorin sähkökapasitanssien vertailu, jotka ovat samankokoisia ja -muotoisia, mutta joista toisessa on eristävä ilmakerros, toisessa on kerros testattavaa dielektristä.

  2) Kondensaattorin pintojen välisen vetovoiman vertailu, kun näille pinnoille ilmoitetaan tietty potentiaaliero, mutta yhdessä tapauksessa niiden välillä on ilmaa (vetovoima \u003d F 0), toisessa tapauksessa - testinesteeriste (vetovoima \u003d F). Dielektrisyyskerroin löydetään kaavasta:

  K = F 0 F. (\displaystyle K=(\frac (F_(0))(F)).)

  3) Havainnot sähköaaltojen (katso Sähkövärähtelyt) etenemisestä johtoja pitkin. Maxwellin teorian mukaan sähköaaltojen etenemisnopeus johtoja pitkin ilmaistaan ​​kaavalla

  V = 1 K μ. (\displaystyle V=(\frac (1)(\sqrt (K\mu ))).)

  jossa K tarkoittaa lankaa ympäröivän väliaineen dielektristä kerrointa, μ tarkoittaa tämän väliaineen magneettista permeabiliteettia. On mahdollista asettaa μ = 1 suurimmalle osalle kappaleista, ja siksi se käy ilmi

  V = 1 K. (\displaystyle V=(\frac (1)(\sqrt (K))).)

  Yleensä verrataan saman langan osissa ilmassa ja testattavassa dielektrisessä (nesteessä) syntyvien seisovien sähköaaltojen pituuksia. Kun nämä pituudet λ 0 ja λ on määritetty, saadaan K = λ 0 2 / λ 2. Maxwellin teorian mukaan tästä seuraa, että kun sähkökenttä viritetään missä tahansa eristävässä aineessa, tapahtuu tämän aineen sisällä erityisiä muodonmuutoksia. Induktioputkia pitkin eristävä väliaine on polarisoitunut. Siinä syntyy sähköisiä siirtymiä, joita voidaan verrata positiivisen sähkön liikkeisiin näiden putkien akselien suunnassa, ja putken jokaisen poikkileikkauksen läpi kulkee sähkömäärä, joka vastaa

  D = 1 4 π K F. (\displaystyle D=(\frac (1)(4\pi ))KF.)

  Maxwellin teoria mahdollistaa ilmaisujen löytämisen niille sisäisiä voimia(jännitys- ja painevoimat), jotka ovat dielektrikissä, kun niissä viritetään sähkökenttä. Tätä kysymystä pohti ensin Maxwell itse ja myöhemmin ja perusteellisemmin Helmholtz. Tämän kysymyksen teorian ja sähköstriktioteorian (eli teorian, joka tarkastelee ilmiöitä, jotka ovat riippuvaisia ​​eristeiden erikoisjännitteiden esiintymisestä, kun niissä sähkökenttä virittyy) edelleen kehittäminen kuuluu Lorbergin, Kirchhoffin, P. Duhem, N. N. Schiller ja jotkut muut.

  Rajaolosuhteet

  Lopetetaan yhteenveto merkittävin sähköstriktion osaston ottamalla huomioon kysymys induktioputkien taittumisesta. Kuvittele kaksi eristettä sähkökentässä, jotka erotetaan toisistaan ​​jollakin pinnalla S ja joiden eristekertoimet ovat K 1 ja K 2 .

  Olkoon molemmilla puolilla pinnan S äärettömän lähellä sijaitsevissa pisteissä P 1 ja P 2 potentiaalien suuruudet V 1:n ja V 2:n kautta ja näille sijoitetun positiivisen sähkön yksikön kokemien voimien suuruus. pisteet F 1:n ja F 2:n kautta. Tällöin itse pinnalla S olevan pisteen P pitäisi olla 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))

  jos ds edustaa äärettömän pientä siirtymää pitkin pintaa S olevan tangenttitason leikkauslinjaa pisteessä P tason kanssa, joka kulkee normaalin läpi pintaan kyseisessä pisteessä ja siinä sähkövoiman suunnan kautta. Toisaalta sen pitäisi olla

  K 1 d V 1 d n 1 + K 2 d V 2 d n 2 = 0. (31) (\näyttötyyli K_(1)(\frac (dV_(1))(dn_(1)))+K_(2)( \frac (dV_(2))(dn_(2)))=0.\qquad (31))

  Merkitään ε 2:lla voiman F2 muodostama kulma normaalin n2 kanssa (toisen eristeen sisällä) ja ε 1:llä voiman F 1 muodostama kulma samalla normaalilla n 2 Sitten kaavoilla (31) ja (30) ), löydämme

  tg e 1 t g e 2 = K 1 K 2 . (\displaystyle (\frac (\mathrm (tg) (\varepsilon _(1)))(\mathrm (tg) (\varepsilon _(2))))=(\frac (K_(1))(K_( 2))).)

  Joten pinnalla, joka erottaa kaksi eristettä toisistaan, sähkövoima muuttuu suunnassaan, kuten valonsäde, joka tulee väliaineesta toiseen. Tämä teorian seuraus on perusteltu kokemuksella.

  
  sähkönjohtavuus
  Sähkövastus
  Sähköinen impedanssi Katso myös: Portaali: Fysiikka

  Sähköstaattinen- sähköopin haara, joka tutkii liikkumattomien sähkövarausten vuorovaikutusta.

  Välillä samanniminen varautuneissa kappaleissa on sähköstaattinen (tai Coulombin) hylkiminen ja välillä eri tavalla ladattu - sähköstaattinen vetovoima. Samankaltaisten varausten hylkimisilmiö on sähköskoopin luomisen taustalla - laite sähkövarausten havaitsemiseksi.

  Sähköstaattinen rakenne perustuu Coulombin lakiin. Tämä laki kuvaa pistesähkövarausten vuorovaikutusta.

  Tarina

  Sähköstaattisen perustuksen loivat Coulombin teokset (vaikka kymmenen vuotta ennen häntä Cavendish sai samat tulokset, jopa vieläkin tarkemmalla tarkkuudella. Cavendishin työn tulokset säilyivät perheen arkistossa ja julkaistiin vasta sata vuotta myöhemmin) ; jälkimmäisen löytämä sähköisten vuorovaikutusten laki mahdollisti Greenin, Gaussin ja Poissonin luomaan matemaattisesti elegantin teorian. Merkittävin osa sähköstatiikkaa on Greenin ja Gaussin luoma potentiaaliteoria. Suuri osa sähköstaattista kokeellista tutkimusta suoritti Rees, jonka kirjat olivat ennen aikoina pääasiallinen apuväline näiden ilmiöiden tutkimuksessa.

  Dielektrisyysvakio

  Minkä tahansa aineen dielektrisen kertoimen K arvon löytäminen, kerroin, joka sisältyy lähes kaikkiin sähköstatiikassa käsiteltäviin kaavoihin, voidaan tehdä hyvin eri tavoin. Yleisimmin käytetyt menetelmät ovat seuraavat.

  1) Kahden kondensaattorin sähkökapasitanssien vertailu, jotka ovat samankokoisia ja -muotoisia, mutta joista toisessa on eristävä ilmakerros, toisessa on kerros testattavaa dielektristä.

  2) Kondensaattorin pintojen välisen vetovoiman vertailu, kun näille pinnoille ilmoitetaan tietty potentiaaliero, mutta yhdessä tapauksessa niiden välillä on ilmaa (vetovoima \u003d F 0), toisessa tapauksessa - testinesteeriste (vetovoima \u003d F). Dielektrisyyskerroin löydetään kaavasta:

  3) Havaintoja johtoja pitkin etenevien sähköaaltojen (katso Sähkövärähtelyt). Maxwellin teorian mukaan sähköaaltojen etenemisnopeus johtoja pitkin ilmaistaan ​​kaavalla

  jossa K tarkoittaa lankaa ympäröivän väliaineen dielektristä kerrointa, μ tarkoittaa tämän väliaineen magneettista permeabiliteettia. On mahdollista asettaa μ = 1 suurimmalle osalle kappaleista, ja siksi se käy ilmi

  Yleensä verrataan saman langan osissa ilmassa ja testattavassa dielektrisessä (nesteessä) syntyvien seisovien sähköaaltojen pituuksia. Kun nämä pituudet λ 0 ja λ on määritetty, saadaan K = λ 0 2 / λ 2. Maxwellin teorian mukaan tästä seuraa, että kun sähkökenttä viritetään missä tahansa eristävässä aineessa, tapahtuu tämän aineen sisällä erityisiä muodonmuutoksia. Induktioputkia pitkin eristävä väliaine on polarisoitunut. Siinä syntyy sähköisiä siirtymiä, joita voidaan verrata positiivisen sähkön liikkeisiin näiden putkien akselien suunnassa, ja putken jokaisen poikkileikkauksen läpi kulkee sähkömäärä, joka vastaa

  Maxwellin teoria mahdollistaa ilmaisujen löytämisen niille sisäisille voimille (jännitys- ja painevoimille), joita esiintyy dielektrikissä, kun niissä virittyy sähkökenttä. Tätä kysymystä pohti ensin Maxwell itse ja myöhemmin ja perusteellisemmin Helmholtz. Tämän ongelman teorian ja sähköstriktioteorian (eli teorian, joka tarkastelee ilmiöitä, jotka ovat riippuvaisia ​​erityisten jännitteiden esiintymisestä dielektrikissä, kun niissä sähkökenttä virittyy) kehittäminen kuuluu Lorbergin, Kirchhoffin, P. Duhem, N. N. Schiller ja jotkut muut.

  Rajaolosuhteet

  Lopetetaan tämä yhteenveto sähköstriktion osaston tärkeimmistä pohtimalla kysymystä induktioputkien taittumisesta. Kuvittele kaksi eristettä sähkökentässä, jotka erotetaan toisistaan ​​jollakin pinnalla S ja joiden eristekertoimet ovat K 1 ja K 2 .

  Olkoon molemmilla puolilla pinnan S äärettömän lähellä sijaitsevissa pisteissä P 1 ja P 2 potentiaalien suuruudet V 1:n ja V 2:n kautta ja näille sijoitetun positiivisen sähkön yksikön kokemien voimien suuruus. pisteet F 1:n ja F 2:n kautta. Tällöin itse pinnalla S olevan pisteen P pitäisi olla V 1 = V 2,

  jos ds edustaa äärettömän pientä siirtymää pitkin pintaa S olevan tangenttitason leikkauslinjaa pisteessä P tason kanssa, joka kulkee normaalin läpi pintaan kyseisessä pisteessä ja siinä sähkövoiman suunnan kautta. Toisaalta sen pitäisi olla

  Merkitään ε 2:lla voiman F2 muodostama kulma normaalin n2 kanssa (toisen eristeen sisällä) ja ε 1:llä voiman F 1 muodostama kulma samalla normaalilla n 2 Sitten kaavoilla (31) ja (30) ), löydämme

  Joten pinnalla, joka erottaa kaksi eristettä toisistaan, sähkövoima muuttuu suunnassaan, kuten valonsäde, joka tulee väliaineesta toiseen. Tämä teorian seuraus on perusteltu kokemuksella.

  Katso myös

  • sähköstaattinen purkaus

  Kirjallisuus

  • Landau, L.D., Lifshitz, E.M. Kenttäteoria. - Painos 7, korjattu. - M .: Nauka, 1988. - 512 s. - ("Teoreettinen fysiikka", osa II). - ISBN 5-02-014420-7
  • Matveev A.N. sähköä ja magnetismia. M.: valmistua koulusta, 1983.
  • Tunneli M.-A. Sähkömagnetismin perusteet ja suhteellisuusteoria. Per. alkaen fr. M.: Ulkomainen kirjallisuus, 1962. 488 s.
  • Borgman, "Sähköisten ja magneettisten ilmiöiden opin perusteet" (osa I);
  • Maxwell, "Treatise on Electricity and Magnetism" (osa I);
  • Poincaré, "Electricité et Optique"";
  • Wiedemann, "Die Lehre von der Elektricität" (osa I);

  Linkit

  • Konstantin Bogdanov. Mitä sähköstaattinen voi // Kvantti. - M .: Bureau Quantum, 2010. - Nro 2.

  Huomautuksia

  Pääosat

  Sähköstatiikassa Coulombin laki on yksi perussäännöistä. Sitä käytetään fysiikassa määrittämään kahden kiinteän pistevarauksen välinen vuorovaikutusvoima tai niiden välinen etäisyys. Se on luonnon peruslaki, joka ei ole riippuvainen muista laeista. Silloin todellisen kappaleen muoto ei vaikuta voimien suuruuteen. Tässä artikkelissa kerromme selkeää kieltä Coulombin laki ja sen soveltaminen käytännössä.

  Löytöhistoria

  Sh.O. Coulomb vuonna 1785 osoitti ensimmäistä kertaa kokeellisesti lain kuvaamat vuorovaikutukset. Kokeissaan hän käytti erityistä vääntövaakaa. Kuitenkin jo vuonna 1773 Cavendish osoitti pallomaisen kondensaattorin esimerkillä, että pallon sisällä ei ole sähkökenttää. Tämä viittasi siihen, että sähköstaattiset voimat muuttuvat kappaleiden välisen etäisyyden mukaan. Tarkemmin sanottuna - etäisyyden neliö. Sitten hänen tutkimustaan ​​ei julkaistu. Historiallisesti tämä löytö on nimetty Coulombin mukaan, ja määrällä, jolla varaus mitataan, on samanlainen nimi.

  Sanamuoto

  Coulombin lain määritelmä on: tyhjiössäKahden varautuneen kappaleen F-vuorovaikutus on suoraan verrannollinen niiden moduulien tuloon ja kääntäen verrannollinen niiden välisen etäisyyden neliöön.

  Se kuulostaa lyhyeltä, mutta se ei välttämättä ole kaikille selvää. Yksinkertaisin sanoin: Mitä enemmän varauksia kappaleilla on ja mitä lähempänä toisiaan ne ovat, sitä suurempi voima.

  Ja päinvastoin: Jos lisäät latausten välistä etäisyyttä - voima vähenee.

  Coulombin säännön kaava näyttää tältä:

  Kirjainten merkintä: q - varausarvo, r - niiden välinen etäisyys, k - kerroin, riippuu valitusta yksikköjärjestelmästä.

  Varauksen q arvo voi olla ehdollisesti positiivinen tai ehdollisesti negatiivinen. Tämä jako on hyvin ehdollinen. Kun kehot joutuvat kosketuksiin, se voi siirtyä toisesta toiseen. Tästä seuraa, että samalla keholla voi olla eri suuruusluokkaa ja eri merkkiä oleva varaus. Pistevaraus on sellainen varaus tai kappale, jonka mitat ovat paljon pienemmät kuin mahdollisen vuorovaikutuksen etäisyys.

  On otettava huomioon, että ympäristö, jossa varaukset sijaitsevat, vaikuttaa vuorovaikutukseen F. Koska se on lähes yhtä suuri ilmassa ja tyhjiössä, Coulombin löytöä voidaan soveltaa vain näihin väliaineisiin, tämä on yksi tämän tyyppisen kaavan soveltamisen edellytyksistä. Kuten jo mainittiin, SI-järjestelmässä varausyksikkö on Coulomb, lyhennettynä Cl. Se kuvaa sähkön määrää aikayksikköä kohti. Se on SI-perusyksiköiden johdannainen.

  1 C = 1 A * 1 s

  On huomattava, että 1 C:n mitta on redundantti. Koska kantolaitteet hylkivät toisiaan, niitä on vaikea pitää pienessä kappaleessa, vaikka itse 1A virta on pieni, jos se virtaa johtimessa. Esimerkiksi samassa 100 W hehkulampussa virtaa 0,5 A virtaa ja sähkölämmittimessä yli 10 A. Tällainen voima (1 C) on suunnilleen yhtä suuri kuin voima, joka vaikuttaa kappaleeseen, jonka massa on 1 t maapallon sivulta.

  Olet ehkä huomannut, että kaava on melkein sama kuin gravitaatiovuorovaikutuksessa, vain jos massoja esiintyy newtonilaisessa mekaniikassa, niin sähköstatiikassa ilmaantuvat varaukset.

  Coulombin kaava dielektriselle väliaineelle

  Kerroin, ottaen huomioon SI-järjestelmän arvot, määritetään N 2 *m 2 /Cl 2:ssa. Se on yhtä suuri kuin:

  

  Monissa oppikirjoissa tämä kerroin löytyy murto-osan muodossa:

  

  Tässä E 0 \u003d 8,85 * 10-12 C2 / N * m2 on sähköinen vakio. Eristeelle lisätään E - väliaineen dielektrisyysvakio, sitten Coulombin lakia voidaan käyttää laskemaan tyhjiön ja väliaineen varausten vuorovaikutusvoimat.

  Kun otetaan huomioon eristeen vaikutus, sillä on muoto:

  

  Tästä näemme, että eristeen lisääminen kappaleiden väliin vähentää voimaa F.

  Miten voimat suunnataan?

  Varaukset ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa napaisuudesta riippuen - samat varaukset hylkivät ja vastakkaiset (vastakohtaiset) vetävät puoleensa.

  

  

  Muuten, tämä on tärkein ero samanlaisesta gravitaatiovuorovaikutuksen laista, jossa kappaleet aina vetävät puoleensa. Niiden väliin vedettyä viivaa pitkin kohdistuvia voimia kutsutaan sädevektoriksi. Fysiikassa sitä merkitään r 12:na ja sädevektorina ensimmäisestä varauksesta toiseen ja päinvastoin. Voimat suuntautuvat varauksen keskustasta vastakkaiseen varaukseen tätä linjaa pitkin, jos varaukset ovat vastakkaisia, ja kääntöpuoli, jos niillä on sama nimi (kaksi positiivista tai kaksi negatiivista). Vektorimuodossa:

  

  Toisesta ensimmäiseen varaukseen kohdistettu voima merkitään F 12:lla. Sitten vektorimuodossa Coulombin laki näyttää tältä:

  

  Toiseen panokseen kohdistetun voiman määrittämiseksi käytetään merkintöjä F 21 ja R 21.

  Jos kappale on muodoltaan monimutkainen ja riittävän suuri, jotta sitä ei tietyllä etäisyydellä voida pitää pisteenä, niin se jaetaan pieniin osiin ja jokainen osa katsotaan pistevaraukseksi. Kaikkien tuloksena olevien vektorien geometrisen yhteenlaskun jälkeen saadaan tuloksena oleva voima. Atomit ja molekyylit ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa saman lain mukaan.

  Sovellus käytännössä

  Coulombin teokset ovat erittäin tärkeitä sähköstatiikassa, käytännössä niitä käytetään useissa keksinnöissä ja laitteissa. Hyvä esimerkki salamanvarsi voidaan erottaa. Sen avulla ne suojaavat rakennuksia ja sähköasennuksia ukkosmyrskyiltä ja estävät siten tulipalon ja laitevian. Kun sataa ja ukkosmyrskyä, maan pinnalle ilmaantuu suuri indusoitunut varaus, joka vetää niitä kohti pilveä. Osoittautuu, että maan pinnalle ilmestyy suuri sähkökenttä. Salamanvarren kärjen lähellä sillä on suuri arvo, jonka seurauksena kärjestä syttyy koronapurkaus (maasta salamanvarren kautta pilveen). Maasta tuleva varaus vetää puoleensa pilven vastakkaiseen varaukseen Coulombin lain mukaan. Ilma ionisoituu ja sähkökentän voimakkuus pienenee lähellä salamanvarren päätä. Näin ollen varaukset eivät kerry rakennukseen, jolloin salamaniskun todennäköisyys on pieni. Jos rakennukseen tapahtuu isku, salamanvarren kautta kaikki energia menee maahan.

  Vakavasti tieteellinen tutkimus käyttää 2000-luvun suurinta rakennelmaa - hiukkaskiihdytintä. Siinä sähkökenttä tekee työtä lisätäkseen hiukkasen energiaa. Kun tarkastellaan näitä prosesseja maksuryhmän vaikutuksen pistemaksuun näkökulmasta, kaikki lain suhteet osoittautuvat päteviksi.

  Hyödyllinen

• Dynaamiikan peruslait. Newtonin lait - ensimmäinen, toinen, kolmas. Galileon suhteellisuusperiaate. Universaalin gravitaatiolaki. Painovoima. Joustovoimat. Paino. Kitkavoimat - lepo, liukuminen, vieriminen + kitka nesteissä ja kaasuissa.
• Kinematiikka. Peruskonseptit. Tasainen suoraviivainen liike. Tasainen liike. Tasainen pyöreä liike. Viitejärjestelmä. Rata, siirtymä, polku, liikeyhtälö, nopeus, kiihtyvyys, lineaarisen ja kulmanopeuden välinen suhde.
• yksinkertaiset mekanismit. Vipu (ensimmäisen tyyppinen vipu ja toisen tyyppinen vipu). Lohko (kiinteä lohko ja liikkuva lohko). Kalteva taso. Hydraulinen puristin. Mekaniikan kultainen sääntö
• Säilöntälakeja mekaniikassa. Mekaaninen työ, teho, energia, liikemäärän säilymislaki, energian säilymislaki, kiinteiden aineiden tasapaino
• Pyöreä liike. Ympyrän liikeyhtälö. Kulmanopeus. Normaali = keskikiihtyvyys. Jakso, kiertonopeus (kierto). Lineaarisen ja kulmanopeuden välinen suhde
• Mekaaniset tärinät. Vapaa ja pakotettu tärinä. Harmoniset värähtelyt. Elastiset värähtelyt. Matemaattinen heiluri. Energiamuutokset harmonisten värähtelyjen aikana
• mekaaniset aallot. Nopeus ja aallonpituus. Liikkuvan aallon yhtälö. Aaltoilmiöt (diffraktio, häiriöt...)
• Hydromekaniikka ja aeromekaniikka. Paine, hydrostaattinen paine. Pascalin laki. Hydrostaattisen perusyhtälö. Kommunikoivat alukset. Archimedesin laki. Purjehdusehdot puh. Nesteen virtaus. Bernoullin laki. Torricellin kaava
• Molekyylifysiikka. ICT:n perussäännökset. Peruskäsitteet ja kaavat. Ihanteellisen kaasun ominaisuudet. MKT:n perusyhtälö. Lämpötila. Ihanteellisen kaasun tilayhtälö. Mendelejev-Klaiperon yhtälö. Kaasulait - isotermi, isobar, isokoori
• Aaltooptiikka. Valon korpuskulaariaaltoteoria. Valon aaltoominaisuudet. valon hajoaminen. Valon häiriö. Huygens-Fresnel-periaate. Valon diffraktio. Valon polarisaatio
• Termodynamiikka. Sisäinen energia. Job. Lämmön määrä. Lämpö-ilmiöt. Termodynamiikan ensimmäinen pääsääntö. Termodynamiikan ensimmäisen pääsäännön soveltaminen erilaisiin prosesseihin. Lämpötasapainon yhtälö. Termodynamiikan toinen pääsääntö. Lämpömoottorit
• Olet täällä nyt: Sähköstaattinen. Peruskonseptit. Sähkövaraus. Sähkövarauksen säilymisen laki. Coulombin laki. Superposition periaate. Läheisen toiminnan teoria. Sähkökentän potentiaali. Kondensaattori.
• Jatkuva sähkövirta. Ohmin laki piiriosalle. Toiminta ja tasavirta. Joule-Lenzin laki. Ohmin laki täydelliselle piirille. Faradayn elektrolyysin laki. Sähköpiirit - sarja- ja rinnakkaiskytkentä. Kirchhoffin säännöt.
• Sähkömagneettiset värähtelyt. Vapaat ja pakotetut sähkömagneettiset värähtelyt. Värähtelevä piiri. Vaihtoehtoinen sähkövirta. Kondensaattori AC-piirissä. Induktori ("solenoidi") vaihtovirtapiirissä.
• Suhteellisuusteorian elementtejä. Suhteellisuusteorian postulaatit. Samanaikaisuuden suhteellisuus, etäisyydet, aikavälit. Nopeuksien summauksen relativistinen laki. Massan riippuvuus nopeudesta. Relativistisen dynamiikan peruslaki...
• Virheet suorissa ja epäsuorassa mittauksessa. Absoluuttinen, suhteellinen virhe. Systemaattiset ja satunnaiset virheet. Keskihajonta (virhe). Taulukko eri toimintojen epäsuorien mittausten virheiden määrittämiseksi.

Myös sisällä Muinainen Kreikka huomattiin, että turkilla hierottu meripihka alkaa vetää puoleensa pieniä hiukkasia - pölyä ja murusia. Pitkään aikaan (1700-luvun puoliväliin asti) he eivät pystyneet antamaan vakavaa perustetta tälle ilmiölle. Vasta vuonna 1785 Coulomb, tarkkaillen varautuneiden hiukkasten vuorovaikutusta, päätteli niiden vuorovaikutuksen peruslain. Noin puoli vuosisataa myöhemmin Faraday tutki ja systematisoi sähkövirtojen ja magneettikenttien toimintaa, ja 30 vuotta myöhemmin Maxwell perusti sähkömagneettisen kentän teorian.

Sähkövaraus

Ensimmäistä kertaa termit "sähkö" ja "sähköistys", jotka ovat johdannaisia ​​latinan sanasta "electri" - meripihka, otti englantilainen tiedemies W. Gilbert käyttöön vuonna 1600 selittämään ilmiöitä, joita esiintyy, kun meripihkaa hierotaan turkilla. tai lasia iholla. Siten kappaleita, joilla on sähköisiä ominaisuuksia, alettiin kutsua sähköisesti varautuneiksi, eli niihin siirrettiin sähkövaraus.

Edellä olevasta seuraa, että sähkövaraus on määrällinen ominaisuus, joka osoittaa kehon mahdollisen osallistumisen sähkömagneettiseen vuorovaikutukseen. Varaus on merkitty kirjaimella q tai Q ja sen kapasiteetti on Coulomb (C)

Lukuisten kokeiden tuloksena johdettiin sähkövarausten pääominaisuudet:

• on olemassa kahdenlaisia ​​latauksia, joita kutsutaan ehdollisesti positiivisiksi ja negatiivisiksi;
• sähkövaraukset voidaan siirtää kehosta toiseen;
• Samannimiset sähkövaraukset hylkivät toisiaan ja vastakkaiset varaukset vetävät toisiaan puoleensa.



Lisäksi vahvistettiin varauksen säilymislaki: sähkövarausten algebrallinen summa suljetussa (eristetyssä) järjestelmässä pysyy vakiona

Amerikkalainen keksijä Benjamin Franklin esitti vuonna 1749 sähköilmiöiden teorian, jonka mukaan sähkö on varautunutta nestettä, jonka puutteen hän määritteli negatiiviseksi sähköksi ja ylimäärän positiiviseksi sähköksi. Näin syntyi kuuluisa sähkötekniikan paradoksi: B. Franklinin teorian mukaan sähkö virtaa positiivisesta napasta negatiiviseen napaan.

Nykyaikaisen aineiden rakenneteorian mukaan kaikki aineet koostuvat molekyyleistä ja atomeista, jotka puolestaan ​​koostuvat atomin ytimestä ja sen ympärillä pyörivistä elektroneista "e". Ydin on heterogeeninen ja koostuu vuorostaan ​​protoneista "p" ja neutroneista "n". Lisäksi elektronit ovat negatiivisesti varautuneita hiukkasia, ja protonit ovat positiivisesti varautuneita. Koska elektronien ja atomin ytimen välinen etäisyys ylittää merkittävästi itse hiukkasten koon, elektronit voivat irrota atomista aiheuttaen siten sähkövarausten liikettä kappaleiden välillä.



Edellä kuvattujen ominaisuuksien lisäksi sähkövarauksella on jakaantumisominaisuus, mutta siinä on olemassa pienimmän mahdollisen jakamattoman varauksen arvo, joka on absoluuttisesti yhtä suuri kuin elektronin varaus (1,6 * 10 -19 C), myös ns. perusvaraus. Tällä hetkellä alkeisvarausta pienemmän sähkövarauksen omaavien hiukkasten, joita kutsutaan kvarkeiksi, olemassaolo on todistettu, mutta niiden olemassaoloaika on merkityksetön eikä niitä ole löydetty vapaassa tilassa.

Coulombin laki. Superpositioperiaate

Kiinteiden sähkövarausten vuorovaikutusta tutkii fysiikan osa, sähköstatiikka, joka itse asiassa perustuu Coulombin lakiin, joka on johdettu lukuisten kokeiden perusteella. Tämä laki, samoin kuin sähkövarauksen yksikkö, on nimetty ranskalaisen fyysikon Charles Coulombin mukaan.

Kokeita suorittaessaan Coulomb havaitsi, että kahden pienen sähkövarauksen välinen vuorovaikutusvoima noudattaa seuraavia sääntöjä:

• voima on verrannollinen kunkin varauksen suuruuteen;
• voima on kääntäen verrannollinen niiden välisten etäisyyksien neliöön;
• voiman suunta on suunnattu varaukset yhdistävää suoraa linjaa pitkin;
• voima on vetovoima, jos kappaleet ovat päinvastaisesti varautuneita, ja hylkiminen samanlaisten varausten tapauksessa.

Siten Coulombin laki ilmaistaan ​​seuraavalla kaavalla



missä q1, q2 ovat sähkövarausten suuruus,

r on kahden varauksen välinen etäisyys,

k - suhteellisuuskerroin k \u003d 1 / (4πε 0) \u003d 9 * 10 9 C 2 / (N * m 2), missä ε 0 on sähköinen vakio, ε 0 \u003d 8,85 * 10 -12 C 2/(N*m2).

Huomautan, että aikaisemmin sähkövakiota ε0 kutsuttiin dielektriseksi vakioksi tai tyhjön permittiivisyydeksi.



Coulombin laki ei ilmene ainoastaan ​​kahden varauksen vuorovaikutuksessa, vaan myös siinä, että usean varauksen järjestelmät ovat yleisempiä. Tässä tapauksessa Coulombin lakia täydennetään toisella merkittävällä tekijällä, jota kutsutaan "pakottamisperiaatteeksi" tai superpositioperiaatteeksi.

Superpositioperiaate perustuu kahteen sääntöön:

• useiden voimien vaikutus varautuneeseen hiukkaseen on vektorin summa näiden voimien vaikutus;
• mikä tahansa monimutkainen liike koostuu useista yksinkertaisista liikkeistä.

Superpositioperiaate on mielestäni helpoin kuvata graafisesti



Kuvassa on kolme varausta: -q 1 , +q 2 , +q 3 . Varaukseen -q 1 vaikuttavan voiman F total laskemiseksi on Coulombin lain mukaan laskettava vuorovaikutusvoimat F1 ja F2 välillä -q 1, +q 2 ja -q 1, + q 3. Lisää sitten saadut voimat vektorien summaussäännön mukaisesti. Tässä tapauksessa Ftot lasketaan suunnikkaan diagonaalina seuraavan lausekkeen mukaisesti

missä α on vektorien F1 ja F2 välinen kulma.

Sähkökenttä. Sähkökentän voimakkuus

Mikä tahansa varausten välinen vuorovaikutus, jota kutsutaan myös Coulombin vuorovaikutukseksi (Coulombin lain nimen mukaan), tapahtuu sähköstaattisen kentän avulla, joka on paikallaan olevien varausten sähkökenttä, joka ei muutu ajassa. Sähkökenttä on osa sähkömagneettista kenttää ja se syntyy sähkövarauksista tai varautuneista kappaleista. Sähkökenttä vaikuttaa varauksiin ja varautuneisiin kappaleisiin riippumatta siitä, ovatko ne liikkeessä vai levossa.

Yksi sähkökentän peruskäsitteistä on sen intensiteetti, joka määritellään sähkökentän varaukseen vaikuttavan voiman suhteeksi tämän varauksen suuruuteen. Tämän käsitteen paljastamiseksi on tarpeen ottaa käyttöön sellainen käsite kuin "koemaksu".

"Testivaraus" on varaus, joka ei osallistu sähkökentän syntymiseen ja jolla on myös hyvin pieni arvo, eikä se siksi aiheuta läsnäolollaan varausten uudelleenjakautumista avaruudessa, mikä ei vääristä sähkökentän luomaa sähkökenttää. maksuja.



Jos siis tuomme "koevarauksen" q 0 tietyllä etäisyydellä varauksesta q sijaitsevaan pisteeseen, niin "koevaraukseen" q P vaikuttaa tietty voima F varauksen q läsnäolon vuoksi. Coulombin lain mukaista testivaraukseen vaikuttavan voiman F 0 suhdetta "testivarauksen" arvoon kutsutaan sähkökentän voimakkuudeksi. Sähkökentän voimakkuus on merkitty E:llä ja sen bittisyvyys N/Cl



Sähköstaattisen kentän potentiaali. Mahdollinen eroavaisuus

Kuten tiedät, jos jokin voima vaikuttaa kehoon, sellainen kappale tekee tietyn työn. Siksi myös sähkökenttään asetettu varaus toimii. Sähkökentässä varauksen suorittama työ ei riipu liikkeen radasta, vaan sen määrää vain hiukkasen sijainti liikkeen alussa ja lopussa. Fysiikassa sähkökentän kaltaisia ​​kenttiä (joissa työ ei riipu kehon liikeradalta) kutsutaan potentiaalisiksi.



Kehon suorittama työ määräytyy seuraavalla lausekkeella



jossa F on kehoon vaikuttava voima,

S on matka, jonka keho kulkee voiman F vaikutuksesta,

α on kappaleen liikesuunnan ja voiman F suunnan välinen kulma.

Sitten "testivarauksen" sähkökentässä tekemä työ syntyneellä varauksella q 0 määräytyy Coulombin laista



missä q P - "koemaksu",

q 0 - sähkökentän luova varaus,

r 1 ja r 2 - vastaavasti etäisyys q P:n ja q 0:n välillä "testilatauksen" alku- ja loppuasennossa.

Koska työn suorittamiseen liittyy muutos potentiaalienergiassa W P , niin



Ja "testivarauksen" potentiaalinen energia liikeradan jokaisessa yksittäisessä pisteessä määritetään seuraavasta lausekkeesta



Kuten lausekkeesta "testivarauksen" q p arvon muutoksella voidaan nähdä, potentiaalienergian W P arvo muuttuu suhteessa q p:ään, joten sähkökentän karakterisoimiseksi otettiin käyttöön toinen parametri, jota kutsutaan potentiaaliksi. sähkökenttä φ, joka on energiaominaisuus ja määritetään seuraavalla lausekkeella



jossa k on suhteellisuuskerroin k \u003d 1 / (4πε 0) \u003d 9 * 10 9 C 2 / (N * m 2), missä ε 0 on sähköinen vakio, ε 0 \u003d 8,85 * 10 -12 C2/(N*m2).

Siten sähköstaattisen kentän potentiaali on energiaominaisuus, joka luonnehtii Mahdollinen energia, jolla on sähköstaattisen kentän tiettyyn pisteeseen sijoitettu varaus.

Edellä olevasta voidaan päätellä, että työ, joka tehdään siirrettäessä varausta pisteestä toiseen, voidaan määrittää seuraavasta lausekkeesta

Eli sähköstaattisen kentän voimien tekemä työ siirrettäessä varausta pisteestä toiseen on yhtä suuri kuin varauksen ja potentiaalieron tulo lentoradan alku- ja loppupisteissä.

Laskelmissa on kätevintä tietää sähkökentän pisteiden välinen potentiaaliero ja ei tietyt arvot potentiaalit näissä pisteissä, joten minkä tahansa kentän pisteen potentiaalista puhuttaessa, ne tarkoittavat kentän tietyn pisteen ja toisen kentän pisteen välistä potentiaalieroa, jonka potentiaali on sovittu olevan nolla.

Potentiaaliero määritetään seuraavasta lausekkeesta ja sen mitat ovat Volt (V)





Jatka seuraavan artikkelin lukemista

Teoria on hyvä, mutta ilman käytännön sovellusta se on vain sanoja.

Asiaan liittyvä sisältö:

1. Nuoremmille opiskelijoille sotilasurheilupelin "salama" skenaario Sotilasurheilupeli koulussa käsikirjoitus
2. Paperisten lumikellojen volyymikäyttö lastentarhaan
3. Kuinka leikata ruokaa ammattimaisesti Ei ehtoja - älä syö
4. KGB:n salainen tutkimusmatka Kuolan niemimaalle!