YouTube enciclopedic
-
1 / 5
Lucrările lui Coulomb au pus bazele electrostaticei (deși cu zece ani înaintea lui, Cavendish a obținut aceleași rezultate, chiar și cu o acuratețe și mai mare. Rezultatele muncii lui Cavendish au fost păstrate în arhiva familiei și au fost publicate abia o sută de ani mai târziu); găsite ultima lege interacțiunile electrice au făcut posibil ca Green, Gauss și Poisson să creeze o teorie elegantă din punct de vedere matematic. Cea mai esențială parte a electrostaticei este teoria potențialului creată de Green și Gauss. O mare parte de cercetări experimentale despre electrostatică a fost efectuată de Rees, ale cărui cărți au fost în vremuri principalul ajutor în studiul acestor fenomene.
Constanta dielectrică
Găsirea valorii coeficientului dielectric K al oricărei substanțe, coeficient inclus în aproape toate formulele care trebuie tratate în electrostatică, se poate face foarte mult. căi diferite. Cele mai frecvent utilizate metode sunt următoarele.
1) Comparația capacităților electrice a două condensatoare având aceleași dimensiuni și formă, dar în care unul are un strat izolator de aer, celălalt are un strat din dielectricul testat.
2) Comparația atracției dintre suprafețele condensatorului, atunci când acestor suprafețe li se oferă o anumită diferență de potențial, dar într-un caz există aer între ele (forță atractivă \u003d F 0), în celălalt caz - izolatorul lichid de testare ( forță de atracție \u003d F). Coeficientul dielectric se găsește prin formula:
K = F 0 F . (\displaystyle K=(\frac (F_(0))(F)).)3) Observații ale undelor electrice (vezi Oscilații electrice) care se propagă de-a lungul firelor. Conform teoriei lui Maxwell, viteza de propagare a undelor electrice de-a lungul firelor este exprimată prin formula
V = 1 K μ . (\displaystyle V=(\frac (1)(\sqrt (K\mu))).)în care K reprezintă coeficientul dielectric al mediului care înconjoară firul, μ reprezintă permeabilitatea magnetică a acestui mediu. Este posibil să se stabilească μ = 1 pentru marea majoritate a corpurilor și, prin urmare, se dovedește
V = 1 K . (\displaystyle V=(\frac (1)(\sqrt (K))).)De obicei, sunt comparate lungimile undelor electrice staționare care apar în părți ale aceluiași fir în aer și în dielectricul (lichid) testat. După ce au determinat aceste lungimi λ 0 și λ, obținem K = λ 0 2 / λ 2. Conform teoriei lui Maxwell, rezultă că atunci când un câmp electric este excitat în orice substanță izolatoare, în interiorul acestei substanțe apar deformații speciale. De-a lungul tuburilor de inducție, mediul izolator este polarizat. În el apar deplasări electrice, care pot fi asemănate cu mișcările electricității pozitive în direcția axelor acestor tuburi și o cantitate de electricitate trece prin fiecare secțiune transversală a tubului, egală cu
D = 1 4 π K F . (\displaystyle D=(\frac (1)(4\pi ))KF.)Teoria lui Maxwell face posibilă găsirea unor expresii pentru acestea forțe interne(forțe de tensiune și presiune), care sunt în dielectrici atunci când un câmp electric este excitat în ei. Această întrebare a fost luată mai întâi în considerare de Maxwell însuși, iar mai târziu și mai amănunțit de Helmholtz. Dezvoltarea ulterioară a teoriei acestei probleme și a teoriei electrostricției (adică o teorie care ia în considerare fenomenele care depind de apariția unor tensiuni speciale în dielectrici atunci când un câmp electric este excitat în ele) aparține lucrărilor lui Lorberg, Kirchhoff, P. Duhem, N. N. Schiller și alții.
Condiții de frontieră
Să terminăm rezumat cel mai semnificativ al departamentului de electrostricție, luând în considerare problema refracției tuburilor de inducție. Imaginează-ți doi dielectrici într-un câmp electric, despărțiți unul de celălalt printr-o suprafață S, cu coeficienți dielectrici K 1 și K 2 .
Fie că în punctele P 1 și P 2 situate infinit aproape de suprafața S de ambele părți, mărimile potențialelor sunt exprimate prin V 1 și V 2, iar mărimea forțelor experimentate de unitatea de electricitate pozitivă plasată la acestea puncte prin F 1 și F 2. Atunci, pentru un punct P situat pe suprafața S însăși, ar trebui să fie V 1 = V 2,
re V 1 d s = re V 2 d s , (30) (\displaystyle (\frac (dV_(1))(ds))=(\frac (dV_(2))(ds)),\qquad (30))dacă ds reprezintă o deplasare infinitezimală de-a lungul liniei de intersecție a planului tangent la suprafața S în punctul P cu un plan care trece prin normala la suprafață în acel punct și prin direcția forței electrice din acesta. Pe de altă parte, ar trebui să fie
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))Se notează cu ε 2 unghiul format de forța F2 cu normala n2 (în interiorul celui de-al doilea dielectric), iar prin ε 1 unghiul format de forța F 1 cu aceeași normală n 2 Apoi, folosind formulele (31) și (30). ), găsim
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))).)Deci, pe suprafața care separă doi dielectrici unul de celălalt, forța electrică suferă o schimbare în direcția sa, ca un fascicul de lumină care intră dintr-un mediu în altul. Această consecință a teoriei este justificată de experiență.
conductivitate electrică
Rezistență electrică
Impedanta electricaVezi si: Portal: Fizica Electrostatică- o ramură a doctrinei electricității, care studiază interacțiunea sarcinilor electrice nemișcate.
Între cu acelasi nume corpuri încărcate există o repulsie electrostatică (sau Coulomb), iar între diferitîncărcat – atracție electrostatică. Fenomenul de respingere a sarcinilor similare stă la baza creării unui electroscop - un dispozitiv pentru detectarea sarcinilor electrice.
Electrostatica se bazează pe legea lui Coulomb. Această lege descrie interacțiunea sarcinilor electrice punctuale.
Poveste
Lucrările lui Coulomb au pus bazele electrostaticei (deși cu zece ani înaintea lui, Cavendish a obținut aceleași rezultate, chiar și cu o acuratețe și mai mare. Rezultatele muncii lui Cavendish au fost păstrate în arhiva familiei și au fost publicate abia o sută de ani mai târziu); legea interacțiunilor electrice găsită de acesta din urmă a făcut posibil ca Green, Gauss și Poisson să creeze o teorie elegantă din punct de vedere matematic. Cea mai semnificativă parte a electrostaticei este teoria potențialului creată de Green și Gauss. O mare parte de cercetări experimentale despre electrostatică a fost efectuată de Rees, ale cărui cărți au fost în vremuri principalul ajutor în studiul acestor fenomene.
Constanta dielectrică
Găsirea valorii coeficientului dielectric K al oricărei substanțe, coeficient inclus în aproape toate formulele care trebuie tratate în electrostatică, se poate face în moduri foarte diferite. Cele mai frecvent utilizate metode sunt următoarele.
1) Comparația capacităților electrice a două condensatoare având aceleași dimensiuni și formă, dar în care unul are un strat izolator de aer, celălalt are un strat din dielectricul testat.
2) Comparația atracției dintre suprafețele condensatorului, atunci când acestor suprafețe li se oferă o anumită diferență de potențial, dar într-un caz există aer între ele (forță atractivă \u003d F 0), în celălalt caz - izolatorul lichid de testare ( forță de atracție \u003d F). Coeficientul dielectric se găsește prin formula:
3) Observații ale undelor electrice (vezi Oscilații electrice) care se propagă de-a lungul firelor. Conform teoriei lui Maxwell, viteza de propagare a undelor electrice de-a lungul firelor este exprimată prin formula
în care K reprezintă coeficientul dielectric al mediului care înconjoară firul, μ reprezintă permeabilitatea magnetică a acestui mediu. Este posibil să se stabilească μ = 1 pentru marea majoritate a corpurilor și, prin urmare, se dovedește
De obicei, sunt comparate lungimile undelor electrice staționare care apar în părți ale aceluiași fir în aer și în dielectricul (lichid) testat. După ce au determinat aceste lungimi λ 0 și λ, obținem K = λ 0 2 / λ 2. Conform teoriei lui Maxwell, rezultă că atunci când un câmp electric este excitat în orice substanță izolatoare, în interiorul acestei substanțe apar deformații speciale. De-a lungul tuburilor de inducție, mediul izolator este polarizat. În el apar deplasări electrice, care pot fi asemănate cu mișcările electricității pozitive în direcția axelor acestor tuburi și o cantitate de electricitate trece prin fiecare secțiune transversală a tubului, egală cu
Teoria lui Maxwell face posibilă găsirea de expresii pentru acele forțe interne (forțe de tensiune și presiune) care apar în dielectrici atunci când un câmp electric este excitat în ei. Această întrebare a fost luată mai întâi în considerare de Maxwell însuși, iar mai târziu și mai amănunțit de Helmholtz. Dezvoltarea ulterioară a teoriei acestei probleme și a teoriei electrostricției (adică o teorie care ia în considerare fenomenele care depind de apariția unor tensiuni speciale în dielectrici atunci când un câmp electric este excitat în ele) aparține lucrărilor lui Lorberg, Kirchhoff, P. Duhem, N. N. Schiller și alții.
Condiții de frontieră
Să încheiem acest rezumat al celor mai importante din departamentul de electrostricție cu luarea în considerare a problemei refracției tuburilor de inducție. Imaginează-ți doi dielectrici într-un câmp electric, despărțiți unul de celălalt printr-o suprafață S, cu coeficienți dielectrici K 1 și K 2 .
Fie că în punctele P 1 și P 2 situate infinit aproape de suprafața S de ambele părți, mărimile potențialelor sunt exprimate prin V 1 și V 2, iar mărimea forțelor experimentate de unitatea de electricitate pozitivă plasată la acestea puncte prin F 1 și F 2. Atunci, pentru un punct P situat pe suprafața S însăși, ar trebui să fie V 1 = V 2,
dacă ds reprezintă o deplasare infinitezimală de-a lungul liniei de intersecție a planului tangent la suprafața S în punctul P cu un plan care trece prin normala la suprafață în acel punct și prin direcția forței electrice din acesta. Pe de altă parte, ar trebui să fie
Se notează cu ε 2 unghiul format de forța F2 cu normala n2 (în interiorul celui de-al doilea dielectric), iar prin ε 1 unghiul format de forța F 1 cu aceeași normală n 2 Apoi, folosind formulele (31) și (30). ), găsim
Deci, pe suprafața care separă doi dielectrici unul de celălalt, forța electrică suferă o schimbare în direcția sa, ca un fascicul de lumină care intră dintr-un mediu în altul. Această consecință a teoriei este justificată de experiență.
Vezi si
- descarcare electrostatica
Literatură
- Landau, L. D., Lifshitz, E. M. Teoria câmpului. - Ediția a VII-a, corectată. - M .: Nauka, 1988. - 512 p. - („Fizica teoretică”, Volumul II). - ISBN 5-02-014420-7
- Matveev A.N. electricitate și magnetism. M.: facultate, 1983.
- Tunel M.-A. Fundamentele electromagnetismului și teoria relativității. Pe. din fr. M.: Literatură străină, 1962. 488 p.
- Borgman, „Fundațiile doctrinei fenomenelor electrice și magnetice” (vol. I);
- Maxwell, „Tratat de electricitate și magnetism” (vol. I);
- Poincaré, „Electricité et Optique””;
- Wiedemann, „Die Lehre von der Elektricität” (vol. I);
Legături
- Constantin Bogdanov. Ce poate electrostatica // Cuantic. - M .: Bureau Quantum, 2010. - Nr. 2.
Note
Secțiunile principale În electrostatică, legea lui Coulomb este una dintre cele fundamentale. Este folosit în fizică pentru a determina forța de interacțiune între două sarcini cu punct fix sau distanța dintre ele. Este o lege fundamentală a naturii care nu depinde de alte legi. Atunci forma corpului real nu afectează mărimea forțelor. În acest articol, vom spune limbaj simplu Legea lui Coulomb și aplicarea ei în practică.
Istoria descoperirilor
Sh.O. Coulomb în 1785 a demonstrat pentru prima dată experimental interacțiunile descrise de lege. În experimentele sale, a folosit o balanță specială de torsiune. Cu toate acestea, în 1773, Cavendish a demonstrat, folosind exemplul unui condensator sferic, că nu există câmp electric în interiorul sferei. Acest lucru sugerează că forțele electrostatice se modifică în funcție de distanța dintre corpuri. Pentru a fi mai precis - pătratul distanței. Apoi cercetarea lui nu a fost publicată. Din punct de vedere istoric, această descoperire a fost numită după Coulomb, iar cantitatea în care este măsurată sarcina are un nume similar.
Cuvântare
Definiția legii lui Coulomb este: în vidInteracțiunea F a două corpuri încărcate este direct proporțională cu produsul modulelor lor și invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele.
Sună scurt, dar poate să nu fie clar pentru toată lumea. Cu cuvinte simple: Cu cât corpurile au mai multă sarcină și cu cât sunt mai aproape unele de altele, cu atât forța este mai mare.
Si invers: Dacă măriți distanța dintre sarcini - forța va deveni mai mică.
Formula pentru regula lui Coulomb arată astfel:
Desemnarea literelor: q - valoarea de încărcare, r - distanța dintre ele, k - coeficient, depinde de sistemul de unități ales.
Valoarea sarcinii q poate fi condiționat pozitivă sau condiționat negativă. Această împărțire este foarte condiționată. Când corpurile intră în contact, acesta poate fi transmis de la unul la altul. Rezultă că același corp poate avea o sarcină de mărime și semn diferit. O sarcină punctiformă este o astfel de sarcină sau un corp ale cărui dimensiuni sunt mult mai mici decât distanța de interacțiune posibilă.
Trebuie avut în vedere faptul că mediul în care sunt situate încărcăturile afectează interacțiunea F. Deoarece este aproape egal în aer și în vid, descoperirea lui Coulomb este aplicabilă doar pentru aceste medii, aceasta este una dintre condițiile pentru aplicarea acestui tip de formulă. După cum sa menționat deja, în sistemul SI, unitatea de sarcină este Coulomb, prescurtat ca Cl. Caracterizează cantitatea de energie electrică pe unitatea de timp. Este o derivată a unităților SI de bază.
1 C = 1 A * 1 s
Trebuie remarcat faptul că dimensiunea lui 1 C este redundantă. Datorită faptului că purtătorii se resping unul pe altul, este dificil să le păstrezi într-un corp mic, deși curentul de 1A în sine este mic dacă curge într-un conductor. De exemplu, în aceeași lampă cu incandescență de 100 W, curge un curent de 0,5 A, iar într-un încălzitor electric și mai mult de 10 A. O astfel de forță (1 C) este aproximativ egală cu forța care acționează asupra unui corp cu o masă de 1 t din partea globului.
Poate ați observat că formula este aproape aceeași ca în interacțiunea gravitațională, doar dacă în mecanica newtoniană apar mase, atunci în electrostatică apar sarcinile.
Formula lui Coulomb pentru un mediu dielectric
Coeficientul, ținând cont de valorile sistemului SI, este determinat în N 2 *m 2 /Cl 2. Este egal cu:
În multe manuale, acest coeficient poate fi găsit sub forma unei fracții:
Aici E 0 \u003d 8,85 * 10-12 C2 / N * m2 este o constantă electrică. Pentru un dielectric, se adaugă E - constanta dielectrică a mediului, apoi legea Coulomb poate fi utilizată pentru a calcula forțele de interacțiune a sarcinilor pentru vid și mediu.
Ținând cont de influența dielectricului, acesta are forma:
De aici vedem că introducerea unui dielectric între corpuri reduce forța F.
Cum sunt direcționate forțele?
Sarcinile interacționează între ele în funcție de polaritatea lor - aceleași sarcini se resping, iar opusul (opusul) se atrage.
Apropo, aceasta este principala diferență față de o lege similară a interacțiunii gravitaționale, în care corpurile se atrag întotdeauna. Forțele direcționate de-a lungul unei linii trasate între ele se numesc vector rază. În fizică, este notat ca r 12 și ca un vector cu rază de la prima la a doua sarcină și invers. Forțele sunt direcționate de la centrul sarcinii către sarcina opusă de-a lungul acestei linii dacă sarcinile sunt opuse și în reversul, dacă sunt cu același nume (două pozitive sau două negative). În formă vectorială:
Forța aplicată primei sarcini de la a doua se notează cu F 12. Apoi, sub formă vectorială, legea lui Coulomb arată astfel:
Pentru a determina forța aplicată celei de-a doua încărcări, sunt utilizate denumirile F 21 și R 21.
Dacă corpul are o formă complexă și este suficient de mare încât, la o anumită distanță, să nu poată fi considerat punct, atunci este împărțit în secțiuni mici și fiecare secțiune este considerată ca o sarcină punctuală. După adăugarea geometrică a tuturor vectorilor rezultați, se obține forța rezultată. Atomii și moleculele interacționează între ele conform aceleiași legi.
Aplicare în practică
Lucrările lui Coulomb sunt foarte importante în electrostatică; în practică, ele sunt folosite într-o serie de invenții și dispozitive. Un prim exemplu se poate distinge paratrăsnet. Cu ajutorul acestuia, acestea protejează clădirile și instalațiile electrice de furtuni, prevenind astfel incendiul și defecțiunile echipamentelor. Când plouă cu furtună, pe pământ apare o sarcină indusă de mare magnitudine, ei sunt atrași spre nor. Se pare că pe suprafața pământului apare un câmp electric mare. În apropierea vârfului paratrăsnetului, are o valoare mare, în urma căreia se aprinde o descărcare corona din vârf (din sol, prin paratrăsnet până în nor). Sarcina de la sol este atrasă de sarcina opusă a norului, conform legii lui Coulomb. Aerul este ionizat, iar intensitatea câmpului electric scade aproape de capătul paratrăsnetului. Astfel, încărcăturile nu se acumulează pe clădire, caz în care probabilitatea unui fulger este mică. Dacă are loc o lovitură asupra clădirii, atunci prin paratrăsnet toată energia va intra în pământ.
În serios cercetare științifică folosește cea mai mare construcție a secolului 21 - acceleratorul de particule. În el, câmpul electric face munca de creștere a energiei particulei. Considerând aceste procese din punctul de vedere al impactului asupra unei taxe punctuale de către un grup de taxe, atunci toate raporturile legii se dovedesc a fi valabile.
Util
- Legile de bază ale dinamicii. Legile lui Newton - primul, al doilea, al treilea. Principiul relativității lui Galileo. Legea gravitației universale. Gravitatie. Forțe de elasticitate. Greutatea. Forțe de frecare - repaus, alunecare, rostogolire + frecare în lichide și gaze.
- Cinematică. Noțiuni de bază. Mișcare rectilinie uniformă. Mișcare uniformă. Mișcare circulară uniformă. Sistem de referință. Traiectorie, deplasare, cale, ecuație de mișcare, viteză, accelerație, relația dintre viteza liniară și unghiulară.
- mecanisme simple. Pârghie (pârghie de primul fel și pârghie de al doilea fel). Bloc (bloc fix și bloc mobil). Plan înclinat. Presa hidraulica. Regula de aur a mecanicii
- Legile de conservare în mecanică. Lucru mecanic, putere, energie, legea conservării impulsului, legea conservării energiei, echilibrul solidelor
- Mișcare circulară. Ecuația mișcării într-un cerc. Viteză unghiulară. Normal = accelerație centripetă. Perioada, frecvența circulației (rotație). Relația dintre viteza liniară și cea unghiulară
- Vibrații mecanice. Vibrații libere și forțate. Vibrații armonice. Oscilații elastice. Pendul matematic. Transformări de energie în timpul vibrațiilor armonice
- unde mecanice. Viteza si lungimea de unda. Ecuația undelor de călătorie. Fenomene ondulatorii (difracție, interferență...)
- Hidromecanica si Aeromecanica. Presiune, presiune hidrostatică. legea lui Pascal. Ecuația de bază a hidrostaticii. Vase comunicante. Legea lui Arhimede. Conditii de navigatie tel. Fluxul fluidului. legea lui Bernoulli. Formula Torricelli
- Fizica moleculară. Prevederi de bază ale TIC. Concepte și formule de bază. Proprietățile unui gaz ideal. Ecuația de bază a MKT. Temperatura. Ecuația de stare pentru un gaz ideal. Ecuația Mendeleev-Klaiperon. Legile gazelor - izotermă, izobară, izocor
- Optica ondulata. Teoria undelor corpusculare a luminii. Proprietățile undei ale luminii. dispersia luminii. Interferență luminoasă. Principiul Huygens-Fresnel. Difracția luminii. Polarizarea luminii
- Termodinamica. Energie interna. Loc de munca. Cantitatea de căldură. Fenomene termice. Prima lege a termodinamicii. Aplicarea primei legi a termodinamicii la diferite procese. Ecuația de echilibru termic. A doua lege a termodinamicii. Motoare termice
- Ești aici acum: Electrostatică. Noțiuni de bază. Incarcare electrica. Legea conservării sarcinii electrice. legea lui Coulomb. Principiul suprapunerii. Teoria acțiunii apropiate. Potențialul câmpului electric. Condensator.
- Curent electric constant. Legea lui Ohm pentru o secțiune de circuit. Funcționare și alimentare DC. Legea Joule-Lenz. Legea lui Ohm pentru un circuit complet. Legea lui Faraday a electrolizei. Circuite electrice - conexiune serială și paralelă. regulile lui Kirchhoff.
- Vibrații electromagnetice. Oscilații electromagnetice libere și forțate. Circuit oscilator. Curent electric alternativ. Condensator în circuitul de curent alternativ. Un inductor ("solenoid") într-un circuit de curent alternativ.
- Elemente ale teoriei relativității. Postulate ale teoriei relativității. Relativitatea simultaneității, distanțe, intervale de timp. Legea relativistă a adunării vitezelor. Dependența masei de viteză. Legea de bază a dinamicii relativiste...
- Erori de măsurători directe și indirecte. Eroare absolută, relativă. Erori sistematice și aleatorii. Abatere standard (eroare). Tabel pentru determinarea erorilor măsurătorilor indirecte ale diferitelor funcții.
- există două tipuri de sarcini, care sunt numite condiționat pozitive și negative;
- sarcinile electrice pot fi transferate de la un corp la altul;
- Sarcinile electrice cu același nume se resping reciproc, iar sarcinile opuse se atrag reciproc.
- forța este proporțională cu mărimea fiecărei sarcini;
- forța este invers proporțională cu pătratul distanțelor dintre ele;
- direcția forței este îndreptată de-a lungul liniei drepte care leagă sarcinile;
- forța este atracție dacă corpurile sunt încărcate opus și repulsie în cazul unor sarcini similare.
- efectul asupra unei particule încărcate a mai multor forțe este suma vectoriala impactul acestor forțe;
- orice mișcare complexă constă din mai multe mișcări simple.
De asemenea, în Grecia antică s-a observat că chihlimbarul frecat cu blană începe să atragă particule mici - praf și firimituri. Multă vreme (până la mijlocul secolului al XVIII-lea) nu au putut oferi o justificare serioasă acestui fenomen. Abia în 1785, Coulomb, observând interacțiunea particulelor încărcate, a dedus legea de bază a interacțiunii lor. Aproximativ o jumătate de secol mai târziu, Faraday a investigat și sistematizat acțiunea curenților electrici și a câmpurilor magnetice, iar treizeci de ani mai târziu Maxwell a fundamentat teoria câmpului electromagnetic.
Incarcare electrica
Pentru prima dată, termenul „electric” și „electrizare”, ca derivate ale cuvântului latin „electri” – chihlimbar, au fost introduse în 1600 de omul de știință englez W. Gilbert pentru a explica fenomenele care apar atunci când chihlimbarul este frecat cu blană. sau sticla cu piele. Astfel, corpurile care au proprietăți electrice au început să fie numite încărcate electric, adică le-a fost transferată o sarcină electrică.
Din cele de mai sus rezultă că sarcina electrică este caracteristică cantitativă, arătând gradul de posibilă participare a corpului la interacțiunea electromagnetică. Sarcina se notează cu q sau Q și are o capacitate Coulomb (C)
Ca urmare a numeroaselor experimente, au fost derivate principalele proprietăți ale sarcinilor electrice:
În plus, a fost stabilită legea conservării sarcinii: suma algebrică a sarcinilor electrice într-un sistem închis (izolat) rămâne constantă
În 1749, inventatorul american Benjamin Franklin a prezentat o teorie a fenomenelor electrice, conform căreia electricitatea este un lichid încărcat, a cărui deficiență a definit-o drept electricitate negativă, iar excesul ca electricitate pozitivă. Așa a apărut faimosul paradox al ingineriei electrice: conform teoriei lui B. Franklin, electricitatea curge de la polul pozitiv la cel negativ.
Conform teoriei moderne a structurii substanțelor, toate substanțele constau din molecule și atomi, care la rândul lor constau din nucleul unui atom și electroni „e” care se rotesc în jurul lui. Nucleul este eterogen și este format la rândul său din protoni „p” și neutroni „n”. În plus, electronii sunt particule încărcate negativ, iar protonii sunt încărcați pozitiv. Deoarece distanța dintre electroni și nucleul unui atom depășește semnificativ dimensiunea particulelor în sine, electronii se pot separa de atom, provocând astfel mișcarea sarcinilor electrice între corpuri.
Pe lângă proprietățile descrise mai sus, sarcina electrică are proprietatea diviziunii, dar există o valoare a sarcinii indivizibile minime posibile, egală în valoare absolută cu sarcina electronului (1,6 * 10 -19 C), numită și elementară. încărca. În prezent, a fost dovedită existența particulelor cu sarcină electrică mai mică decât cea elementară, care se numesc quarci, dar timpul existenței lor este nesemnificativ și nu au fost găsite în stare liberă.
legea lui Coulomb. Principiul suprapunerii
Interacțiunea sarcinilor electrice fixe este studiată de o secțiune a fizicii numită electrostatică, care se bazează de fapt pe legea lui Coulomb, care a fost derivată pe baza a numeroase experimente. Această lege, precum și unitatea de sarcină electrică, au fost numite după fizicianul francez Charles Coulomb.
Coulomb, conducând experimentele sale, a descoperit că forța de interacțiune dintre două sarcini electrice mici respectă următoarele reguli:
Astfel, legea lui Coulomb se exprimă prin următoarea formulă
unde q1, q2 sunt mărimea sarcinilor electrice,
r este distanța dintre două sarcini,
k - coeficient de proporționalitate egal cu k \u003d 1 / (4πε 0) \u003d 9 * 10 9 C 2 / (N * m 2), unde ε 0 este o constantă electrică, ε 0 \u003d 8,85 * 10 -12 C 2/( N * m 2).
Observ că mai devreme constanta electrică ε0 a fost numită constantă dielectrică sau permitivitatea vidului.
Legea lui Coulomb se manifestă nu numai prin interacțiunea a două sarcini, ci și prin faptul că sistemele cu mai multe sarcini sunt mai frecvente. În acest caz, legea lui Coulomb este completată de un alt factor semnificativ, care se numește „principiul impunerii” sau principiul suprapunerii.
Principiul suprapunerii se bazează pe două reguli:
Principiul suprapunerii, în opinia mea, este cel mai ușor de reprezentat grafic
În figura sunt prezentate trei sarcini: -q 1 , +q 2 , +q 3 . Pentru a calcula forța F total, care acționează asupra sarcinii -q 1, este necesar să se calculeze, conform legii Coulomb, forțele de interacțiune F1 și F2 între -q 1, +q 2 și -q 1, + q 3. Apoi se adună forțele rezultate conform regulii de adunare a vectorilor. În acest caz, Ftot se calculează ca diagonala paralelogramului conform următoarei expresii
unde α este unghiul dintre vectorii F1 și F2.
Câmp electric. Intensitatea câmpului electric
Orice interacțiune între sarcini, numită și interacțiunea Coulomb (după numele legii lui Coulomb) are loc cu ajutorul unui câmp electrostatic, care este câmpul electric al sarcinilor staționare care nu se modifică în timp. Câmpul electric face parte din câmpul electromagnetic și este creat de sarcini electrice sau corpuri încărcate. Câmpul electric acționează asupra sarcinilor și corpurilor încărcate, indiferent dacă acestea sunt în mișcare sau în repaus.
Unul dintre conceptele fundamentale ale unui câmp electric este intensitatea acestuia, care este definită ca raportul dintre forța care acționează asupra unei sarcini într-un câmp electric și mărimea acestei sarcini. Pentru a dezvălui acest concept, este necesar să se introducă un astfel de concept ca „taxă de judecată”.
„Încărcătura de testare” este o sarcină care nu participă la crearea unui câmp electric și, de asemenea, are o valoare foarte mică și, prin urmare, nu provoacă o redistribuire a sarcinilor în spațiu prin prezența sa, prin urmare nu distorsionează câmpul electric creat de electricitate. taxe.
Astfel, dacă introducem o „sarcină de probă” q 0 într-un punct situat la o anumită distanţă de sarcina q, atunci o anumită forţă F va acţiona asupra „sarcină de probă” q P, datorită prezenţei sarcinii q. Raportul dintre forța F 0 care acționează asupra sarcinii de testare, în conformitate cu legea lui Coulomb, și valoarea „sarcinii de testare” se numește intensitatea câmpului electric. Intensitatea câmpului electric este notată cu E și are o adâncime de biți N/Cl
Potențialul câmpului electrostatic. Diferenta potentiala
După cum știți, dacă vreo forță acționează asupra unui corp, atunci un astfel de corp face o anumită muncă. Prin urmare, o sarcină plasată într-un câmp electric va funcționa și ea. Într-un câmp electric, munca efectuată de sarcină nu depinde de traiectoria mișcării, ci este determinată doar de poziția pe care o ocupă particula la începutul și sfârșitul mișcării. În fizică, câmpurile similare unui câmp electric (unde munca nu depinde de traiectoria corpului) se numesc potențial.
Munca efectuată de organism este determinată de următoarea expresie
unde F este forța care acționează asupra corpului,
S este distanța parcursă de corp sub acțiunea forței F,
α este unghiul dintre direcția de mișcare a corpului și direcția forței F.
Apoi munca efectuată de „sarcina de test” în câmpul electric de sarcina creată q 0 va fi determinată din legea Coulomb
unde q P - "taxă de probă",
q 0 - sarcina care creează un câmp electric,
r 1 și r 2 - respectiv, distanța dintre q P și q 0 în poziția inițială și finală a „încărcării de testare”.
Deoarece performanța muncii este asociată cu o modificare a energiei potențiale W P , atunci
Iar energia potențială a „sarcinii de testare” în fiecare punct individual al traiectoriei va fi determinată din următoarea expresie
După cum se poate observa din expresia cu o modificare a valorii „sarcinii de testare” q p, valoarea energiei potențiale W P se va modifica proporțional cu q p, prin urmare, pentru a caracteriza câmpul electric, a fost introdus un alt parametru numit potențial de câmpul electric φ, care este o caracteristică energetică și este determinat de următoarea expresie
unde k este un coeficient de proporționalitate egal cu k \u003d 1 / (4πε 0) \u003d 9 * 10 9 C 2 / (N * m 2), unde ε 0 este o constantă electrică, ε 0 \u003d 8,85 * 10 -12 C2/(N*m2).
Astfel, potențialul câmpului electrostatic este o caracteristică energetică care o caracterizează energie potențială, care are o sarcină plasată într-un punct dat din câmpul electrostatic.
Din cele de mai sus, putem concluziona că munca efectuată la mutarea unei sarcini dintr-un punct în altul poate fi determinată din următoarea expresie
Adică, munca efectuată de forțele câmpului electrostatic la mutarea sarcinii dintr-un punct în altul este egală cu produsul sarcinii și diferența de potențial în punctele inițiale și finale ale traiectoriei.
În calcule, cel mai convenabil este să cunoașteți diferența de potențial dintre punctele câmpului electric și nu valori specifice potențialele în aceste puncte, așadar, vorbind despre potențialul oricărui punct al câmpului, ele înseamnă diferența de potențial dintre un punct dat al câmpului și un alt punct al câmpului, al cărui potențial s-a convenit să fie egal cu zero.
Diferența de potențial este determinată din următoarea expresie și are dimensiunea Volt (V)
Continuați să citiți următorul articol
Teoria este bună, dar fără aplicare practică sunt doar cuvinte.
