Электростатик талбайн шугамыг дүрсэлж болно. Цахилгаан статик орон ба түүний шинж чанар

Орон зайн тодорхой цэгт байрлуулсан цахилгаан цэнэг нь шинж чанарыг өөрчилдөг зай өгсөн. Өөрөөр хэлбэл, цэнэг нь эргэн тойрондоо цахилгаан орон үүсгэдэг. Цахилгаан статик орон - онцгой төрөласуудал.

Хүчний шугамыг ашиглан цахилгаан талбайг графикаар дүрслэх нь тохиромжтой.

Хүчний шугамууд (цахилгаан талбайн эрчмийн шугамууд) нь талбайн цэг бүрийн шүргэгч нь тухайн цэг дэх эрчмийн векторын чиглэлтэй давхцдаг шугам юм.

Цахилгаан шугамэерэг цэнэгээр эхэлж сөрөг цэнэгээр төгсөх (Цэгэн цэнэгийн цахилгаан статик талбайн шугамууд.).

Хүчдэлийн шугамын нягт нь талбайн хүчийг тодорхойлдог (шугамууд нягт байх тусам талбай илүү хүчтэй байдаг).

Потенциал нь цахилгаан талбайн энергийн шинж чанар юм.

"Алсын зайд үйлдэл" гэсэн ойлголтыг өнгөрсөн үеийн сэтгэгчид хүлээн зөвшөөрөхөд хэцүү байсан. Үнэхээр нэг цэнэг нөгөө цэнэг нь хүрэхгүй бол яаж ажиллах вэ?
Энэ санааг онолын хувьд хэрэгжүүлсэн Ньютон хүртэл бүх нийтийн таталцал, түүнд дасах амаргүй байсан. Бидний харж байгаагаар эдгээр бэрхшээлийг Английн эрдэмтэн Майкл Фарадей (1791-1867) нэвтрүүлсэн талбайн тухай ойлголтыг ашиглан даван туулж чадна. Фарадейгийн хэлснээр цэнэг бүр нь бүх орон зайг нэвчих цахилгаан орон үүсгэдэг. Өөр нэг цэнэгийг нэг цэнэгтэй ойртуулах үед эхний цэнэгийн цахилгаан талбайгаас үүсэх хүчийг мэдэрдэг. Хоёрдахь цэнэг байрлах цэгийн цахилгаан орон нь энэ цэнэгт шууд нөлөөлж, түүнд үйлчлэх хүчийг бий болгодог. Талбай нь ямар нэгэн төрлийн матери биш гэдгийг онцлон тэмдэглэх нь зүйтэй; эс тэгвээс энэ нь туйлын хэрэгтэй ойлголт юм.

Нэг буюу хэд хэдэн цэнэгийн үүсгэсэн талбарыг жижиг эерэг туршилтын цэнэг ашиглан шалгаж, түүн дээр ажиллаж буй хүчийг хэмжиж болно. Туршилтын цэнэг гэж бид хангалттай бага хэмжээний цэнэгийг хэлж байгаа бөгөөд өөрийн талбар нь судалж буй талбарыг үүсгэдэг үлдсэн цэнэгийн хуваарилалтыг мэдэгдэхүйц өөрчилдөггүй. Туршилтын бага хэмжээний цэнэг дээр ажиллах хүч qганц эерэг цэнэгийн ойролцоо Q, Зурагт үзүүлэв. 22.13. b цэг дээрх хүч нь a-аас бага байна илүү их зайхураамжийн хооронд (Куломын хууль); c цэгт хүч үүнээс ч бага байна. Бүх тохиолдолд хүч нь цэнэгээс радиаль чиглэлд чиглэгддэг Q.
Тодорхойлолтоор цахилгаан талбайн хүч, (эсвэл зүгээр л цахилгаан орон) Эогторгуйн аль ч цэгт хүчний харьцаа тэнцүү байна Ф, жижиг эерэг туршилтын цэнэгээр ажилладаг q, энэ цэнэгийн хэмжээгээр:

Дээрх тодорхойлолтоос харахад орон зайн аль ч цэг дэх цахилгаан талбайн хүч чадлын чиглэл нь туршилтын эерэг цэнэгийн энэ цэгт үйлчлэх хүчний чиглэлтэй давхцаж байна. Цахилгаан талбайн хүч нь нэгж цэнэг дээр ажиллах хүчийг илэрхийлдэг; Энэ нь нэг кулон дахь Ньютоноор хэмжигддэг (N/C).

Илүү хатуу Эхарьцааны хязгаар гэж тодорхойлогддог F/qцагт qтэг рүү чиглэж байна.

Цахилгаан талбайн хүч Эхамаарлаар тодорхойлогддог F/qталбайн хамаарлыг арилгах Этуршилтын цэнэгийн хэмжээ дээр q. Өөрөөр хэлбэл, Эзөвхөн тухайн цэг дээр авч үзсэн цахилгаан талбарыг үүсгэдэг цэнэгийг харгалзан үздэг. Түүнээс хойш Э - вектор хэмжигдэхүүн, цахилгаан орон нь вектор талбар юм.

Цахилгаан шугам

Цахилгаан орон нь вектор тул түүнийг янз бүрийн цэгүүдэд сумаар дүрсэлж болно. 22.13. Вектор чиглэл Эа, Эб, ЕХЭнэ зурагт үзүүлсэн хүчний чиглэлтэй давхцах бөгөөд зөвхөн тэдгээрийн урт нь хуваагдсаны үр дүнд өөр байх болно. q. Вектор уртын харьцаа Эа, Эб, ЕХБид ижил цэнэгээр хувааж байгаа тул ижил хэвээр байх болно. Гэсэн хэдий ч цахилгаан талбайг ийм байдлаар дүрслэх нь хэзээнээс хойш тохиромжгүй юм их тооцэгүүд, зураг бүхэлдээ сумаар таслагдсан байх болно. Тиймээс тэд талбайг дүрслэх өөр аргыг ашигладаг - талбайн шугамын арга.

Цахилгаан талбарыг нүдээр харуулахын тулд орон зайн цэг бүрийн талбайн хүчний чиглэлийг харуулсан гэр бүлийн шугамаар дүрсэлсэн болно.
Талбай гэж нэрлэгддэг эдгээр шугамууд нь эерэг туршилтын цэнэг дээр өгөгдсөн талбарт үйлчилж буй хүчний чиглэлийг зааж өгөх байдлаар зурагдана. Цэгэн эерэг цэнэгийн талбайн шугамыг Зураг дээр үзүүлэв. 22.20, a, сөрөг - Зураг дээр. 22.20.6.
Эхний тохиолдолд шугамууд нь цэнэгээс радиаль байдлаар, хоёр дахь тохиолдолд цэнэг рүү радиаль нийлдэг. Энэ чиглэлд хүч эерэг туршилтын цэнэг дээр ажиллах болно. Мэдээжийн хэрэг, зурагт үзүүлсэн хоорондын зайд хүчний шугамыг зурж болно. Гэхдээ бид эерэг цэнэгээс гарах эсвэл сөрөг цэнэгээр төгссөн шугамын тоо нь энэ цэнэгийн хэмжээтэй пропорциональ байхаар хүчний шугам зурахыг зөвшөөрнө.
Хүч хамгийн их байдаг цэнэгийн ойролцоо шугамууд илүү ойрхон байрладаг болохыг анхаарцгаая. Энэ ерөнхий өмчталбайн шугамууд: талбайн шугамууд ойртох тусам тухайн хэсэгт цахилгаан орон илүү хүчтэй болно. Ерөнхийдөө талбайн чиглэлтэй перпендикуляр нэгж талбайг огтолж буй шугамын тоо нь талбайн шугамыг үргэлж дүрсэлж болно. Э, цахилгаан орны хүч чадалтай пропорциональ байсан. Жишээлбэл, ганц цэгийн цэнэгийн хувьд (Зураг 22.20) цахилгаан орны хүч 1/-ээр буурдаг. r 2 ; нэгж талбайг дайран өнгөрөх хүчний жигд тархсан шугамын тоо мөн зайнаас багасах болно: эцсийн эцэст нийт тооХүчний шугамууд тогтмол хэвээр байх ба тэдгээрийн дамжин өнгөрөх гадаргуугийн талбай 4 болж нэмэгддэг πr 2 (r радиустай бөмбөрцгийн гадаргуу). Үүний дагуу нэгж талбайд ногдох цахилгааны шугамын тоо 1/-тэй пропорциональ байна. r 2 .

Зураг дээр. 22.21, мөн эсрэг тэмдгээр хоёр цэнэгийн үүсгэсэн талбайн хүчний шугамыг харуулав. Энд хүчний шугамууд муруй бөгөөд эерэгээс сөрөг цэнэг рүү чиглэсэн байдаг. Аль ч цэг дээрх талбар нь P цэг дээрх сумаар харуулсан шиг талбайн шугам руу тангенциал байдлаар чиглэнэ.
Зураг дээр. 22.21.6 ба в-д хоёр эерэг цэнэгийн цахилгаан орны шугамууд ба хоёр зэрэгцээ цэнэгтэй хавтангийн хоорондох талбайг харуулав. Хавтануудын хоорондох талбайн шугамууд нь параллель бөгөөд ирмэгийн ойролцоох талбайг эс тооцвол бие биенээсээ ижил зайд байрладаг гэдгийг анхаарна уу.

Тиймээс төвийн бүсэд цахилгаан талбайн хүч нь бүх цэгүүдэд ижил байдаг бөгөөд бид дараах зүйлийг бичиж болно.
E = const(ойр зайтай параллель ялтсуудын хооронд).
Хэдийгээр энэ нь ирмэгийн ойролцоо байдаггүй (талбайн шугамууд нугалж), ялангуяа ялтсуудын хоорондох зай нь тэдгээрийн хэмжээтэй харьцуулахад бага байвал үүнийг үл тоомсорлож болно. [Энэ үр дүнг орон зайн квадратаас урвуугаар өөрчилдөг ганц цэгийн цэнэгийн тохиолдолтой харьцуул.].

Тиймээс талбарын шугамууд дараах шинж чанартай байна.

1. Хүчний шугамууд нь цахилгаан орны хүч чадлын чиглэлийг заана: аль ч цэгт талбайн хүч нь хүчний шугам руу тангенциал чиглэгддэг.

2. Цахилгаан шугамыг цахилгаан орны хүч чадалтай байхаар зурсан Эшугамд перпендикуляр нэгж талбайг дайран өнгөрөх шугамын тоотой пропорциональ байв.

3. Хүчний шугамууд зөвхөн цагт эхэлнэ эерэг цэнэгмөн зөвхөн сөрөг цэнэгээр төгсдөг; цэнэгээс гарах буюу орох шугамын тоо нь цэнэгийн хэмжээтэй пропорциональ байна.

Цахилгаан талбайн шугам нь тухайн талбайд байрлуулсан жижиг туршилтын цэнэгийн дагах зам гэж бид бас хэлж болно. (Хатуухан хэлэхэд туршилтын цэнэг нь инерцигүй эсвэл үрэлтийн улмаас удаан хөдөлдөг тохиолдолд л үнэн юм.)
Хүчний шугам хэзээ ч огтлолцохгүй. (Хэрэв тэдгээр нь огтлолцсон бол энэ нь нэг цэг дээр цахилгаан орны хүч нь хоёр байна гэсэн үг юм янз бүрийн чиглэлүүд, энэ нь ямар ч утгагүй юм.)

Цахилгаан орон ба дамжуулагч

Статик тохиолдолд (жишээ нь цэнэгүүд тайван байх үед) сайн дамжуулагч дотор цахилгаан орон байхгүй. Хэрэв дамжуулагчийн дотор цахилгаан орон байсан бол дотоод чөлөөт электронууд дээр хүч үйлчлэх бөгөөд үүний үр дүнд электронууд хөдөлж, цахилгаан талбайн хүч, улмаар гүйдэл үүсэх байрлалыг авах хүртэл хөдөлж эхлэх болно. Тэдэн дээрх хүч тэг болно. Энэ үндэслэлээс сонирхолтой үр дагавар гарч ирдэг. Ялангуяа дамжуулагч цэвэр цэнэгтэй бол энэ цэнэгийг хуваарилдаг гадна гадаргуудамжуулагч. Энэ баримтыг өөр өнцгөөс тайлбарлаж болно. Жишээлбэл, дамжуулагч сөрөг цэнэгтэй бол сөрөг цэнэгүүд бие биенээсээ аль болох хол байхын тулд дамжуулагчийн гадаргуу руу гүйж, бие биенээ түлхэж байна гэж бид амархан төсөөлж чадна. Өөр нэг үр дагавар нь дараах байдалтай байна. Бөмбөрцөг бүрхүүл хэлбэртэй хөндий тусгаарлагдсан дамжуулагчийн төвд эерэг Q цэнэгийг байрлуулъя (Зураг 22.22).
Дамжуулагчийн дотор цахилгаан орон байх боломжгүй тул эерэг цэнэгээс ирж буй хүчний шугамууд сөрөг цэнэгээр төгсөх ёстой. дотоод гадаргууметалл бөмбөрцөг. Үүний үр дүнд холбогдох сөрөг цэнэг -С, мөн тэнцүү эерэг цэнэгтэй +Qнь бөмбөрцгийн гаднах гадаргуу дээр тархах болно (бүхэл бүтэн бүрхүүл нь төвийг сахисан байдаг). Ийнхүү дамжуулагчийн дотор цахилгаан орон байхгүй ч бөмбөрцгийн гаднах цахилгаан орон байдаг (Зураг 22.22), огт металл бөмбөрцөг байхгүй мэт.

Энэ нь мөн цахилгаан талбайн шугамууд нь дамжуулагчийн гадаргуутай үргэлж перпендикуляр байдагтай холбоотой юм. Үнэн хэрэгтээ, хэрэв цахилгаан талбайн хүч чадал вектор Эдамжуулагчийн гадаргуутай параллель бүрэлдэхүүн хэсэгтэй байсан бол электронууд нь хүчний нөлөөгөөр тэдгээрт хүч үйлчлэхгүй байрлалд орох хүртэл, өөрөөр хэлбэл цахилгаан орны эрчмийн вектор перпендикуляр болох хүртэл хөдөлдөг. гадаргуу.

Дээр дурдсан бүх зүйл зөвхөн дамжуулагчдад хамаарна. Байгаагүй тусгаарлах тасагт чөлөөт электронууд, цахилгаан орон байж болох ба талбайн шугамууд нь гадаргуутай перпендикуляр байх албагүй.

Үргэлжлүүлэх. Дараах нийтлэлийн талаар товч дурдвал:

Сэтгэгдэл, саналыг хүлээн авч, урьж байна!

· Цахилгаан орны шугам нь эхлэл ба төгсгөлтэй байдаг. Тэд эерэг цэнэгээр эхэлж, сөрөг цэнэгээр төгсдөг.

· Цахилгаан орны шугам нь дамжуулагчийн гадаргуутай үргэлж перпендикуляр байдаг.

· Цахилгаан орны шугамын тархалт нь талбайн шинж чанарыг тодорхойлдог. Талбай байж болно радиаль(хүчний шугамууд нэг цэгээс гарч ирдэг эсвэл нэг цэг дээр нийлдэг бол) нэгэн төрлийн(хээрийн шугамууд параллель байвал) ба нэг төрлийн бус(хэрэв талбайн шугамууд зэрэгцээ биш бол).

20) Эдгээр нь цахилгаан талбайн энергийн шинж чанар гэдгийг танд сануулъя.

Аль ч цэг дэх цахилгаан орны потенциалыг дараах байдлаар тодорхойлно

.

талбайн өгөгдсөн цэгт оруулсан нэгж цэнэгийн потенциалын энергитэй тэнцүү байна.

Хэрэв цэнэгийг талбарт 1-р цэгээс 2-р цэг рүү шилжүүлбэл эдгээр цэгүүдийн хооронд боломжит зөрүү үүснэ.

.

Боломжит ялгааны утга: Энэ нь цэнэгийг нэг цэгээс нөгөөд шилжүүлэх цахилгаан орны ажил юм.

Талбайн потенциалыг ажилаар дамжуулан тайлбарлаж болно. Хэрэв 2-р цэг нь талбар байхгүй бол () хязгааргүй байна - энэ бол цэнэгийг өгөгдсөн цэгээс хязгааргүй рүү шилжүүлэх талбайн ажил юм. Нэг цэнэгээр үүссэн талбайн потенциалыг дараах байдлаар тооцно .

Цэг бүрт талбайн потенциалууд ижил байх гадаргууг эквипотенциал гадаргуу гэнэ. Диполь талбарт боломжит гадаргууг дараах байдлаар хуваарилдаг.

Хэд хэдэн цэнэгээс үүссэн талбайн потенциалыг суперпозиция зарчмаар тооцно: .

a) Диполь тэнхлэгт ороогүй А цэгийн потенциалын тооцоо:

Гурвалжингаас олъё ( ). Мэдээжийн хэрэг, . Тийм ч учраас Тэгээд .

.

b) А ба В цэгүүдийн хооронд диполоос ижил зайд

() боломжит зөрүүг дараах байдлаар тодорхойлсон (бид нотлох баримтгүйгээр хүлээн зөвшөөрдөг бөгөөд үүнийг та Ремизовын сурах бичигт олж болно)

.

в) Хэрэв диполь төвд байвал үүнийг харуулж болно тэгш талт гурвалжин, тэгвэл гурвалжны оройн хоорондох потенциалын зөрүү нь энэ гурвалжны талууд дээрх векторын проекцоор хамааралтай болно ( ).

21) - цахилгаан шугамын дагуух цахилгаан талбайн ажлыг тооцоолно.

1. Цахилгаан орон дахь ажил нь замын хэлбэрээс хамаардаггүй.

2. Хүчний шугамд перпендикуляр ажил хийхгүй.

3. Битүү гогцоонд цахилгаан талбарт ямар ч ажил хийгддэггүй.

Эрчим хүчний шинж чанарцахилгаан орон (бүжиг).

1) Физик утга:

Хэрэв Cl, дараа нь (тоогоор), төлбөрийг тооцсон тохиолдолд байрлуулсанцахилгаан талбайн өгөгдсөн цэг дээр.

Нэгж:

2) Физик утга:

Хэрэв нэгж эерэг цэгийн цэнэгийг тухайн цэг дээр байрлуулсан бол өгөгдсөн цэгээс хязгааргүй рүү шилжих үед (тоогоор).

Δφ нь цахилгаан талбайн хоёр цэгийн бүжгийн утгын зөрүү юм.

U - хүчдэл - "y" нь цахилгаан талбайн хоёр цэгийн хүчдэлийн зөрүү юм.

[U]=V (Вольт)

Физик утга:

Хэрэв , тэгвэл (тоогоор) талбайн нэг цэгээс нөгөө цэг рүү шилжих үед.

Стресс ба хурцадмал байдлын хоорондын хамаарал:

22) Электростатик талбарт дамжуулагчийн бүх цэгүүд ижил потенциалтай бөгөөд энэ нь дамжуулагчийн цэнэгтэй пропорциональ байна, өөрөөр хэлбэл. q цэнэгийн φ ба потенциалын харьцаа нь q цэнэгээс хамаарахгүй. (Электростатик нь хүрээлэн буй талбай юм суурин төлбөр). Тиймээс үзэл баримтлалыг нэвтрүүлэх боломжтой болсон цахилгаан хүчин чадалГанцаараа дамжуулагчаас:

Цахилгаан хүчин чадал нь тоон үзүүлэлт юм цэнэгтэй тэнцүү, энэ нь дамжуулагчид мэдэгдэх ёстой бөгөөд ингэснээр түүний боломжит хэмжээ нэгээр өөрчлөгдөнө.

Багтаамжийг дамжуулагчийн геометрийн хэмжээс, түүний хэлбэр, шинж чанараар тодорхойлно орчинмөн дамжуулагч материалаас хамаарахгүй.

Хүчин чадлын тодорхойлолтод багтсан хэмжигдэхүүний нэгжүүд:

Багтаамж - тэмдэглэгээ C, хэмжилтийн нэгж - Фарад (F, F);

Цахилгаан цэнэг - тэмдэглэгээ q, хэмжих нэгж - кулон (C, C);

φ - талбайн потенциал - вольт (V, V).

Хүрээлэн буй бие махбодоос үл хамааран бие даасан дамжуулагчаас хамаагүй их багтаамжтай дамжуулагчийн системийг бий болгох боломжтой. Ийм системийг конденсатор гэж нэрлэдэг. Хамгийн энгийн конденсатор нь бие биенээсээ богино зайд байрладаг хоёр дамжуулагч хавтангаас бүрдэнэ (Зураг 1.9). Конденсаторын цахилгаан орон нь конденсаторын ялтсуудын хооронд, өөрөөр хэлбэл дотор нь төвлөрдөг. Конденсаторын багтаамж:

C = q / (φ1 - φ2) = q / U

(φ1 - φ2) - конденсаторын ялтсуудын хоорондох боломжит зөрүү, өөрөөр хэлбэл. хүчдэл.

Конденсаторын багтаамж нь түүний хэмжээ, хэлбэр, ялтсуудын хооронд байрлах диэлектрикийн ε диэлектрик тогтмолоос хамаарна.

C = ε∙εo∙S / d, хаана

S - доторлогооны талбай;

d - ялтсуудын хоорондох зай;

ε - нэвтрүүлэх чадварялтсуудын хоорондох диэлектрик;

εo - цахилгаан тогтмол 8.85∙10-12F/m.

Хэрэв багтаамжийг нэмэгдүүлэх шаардлагатай бол конденсаторууд хоорондоо зэрэгцээ холбогдсон байна.

Зураг 1.10. Конденсаторуудын зэрэгцээ холболт.

Ctotal = C1 + C2 + C3

At зэрэгцээ холболтбүх конденсаторууд ижил хүчдэлийн дор байх ба тэдгээрийн нийт цэнэг Q. Энэ тохиолдолд конденсатор бүр Q1, Q2, Q3, ... цэнэгийг хүлээн авна.

Q = Q1 + Q2 + Q3

Q1 = C1∙U; Q2 = C2∙U; Q3 = C3∙U. Дээрх тэгшитгэлд орлуулъя:

C∙U = C1∙U + C2∙U + C3∙U, эндээс C = C1 + C2 + C3 (дурын тооны конденсаторын хувьд гэх мэт).

Цуваа холболтын хувьд:

Зураг 1.11. Конденсаторуудын цуврал холболт.

1/Ctot = 1/C1 + 1/C2 + ∙∙∙∙∙ + 1/ Cn

Томъёоны гарал үүсэл:

U1, U2, U3,..., Un тусдаа конденсаторуудын хүчдэл. Бүх конденсаторуудын нийт хүчдэл:

U = U1 + U2 + ∙∙∙∙∙ + Un,

U1 = Q/ C1 гэдгийг харгалзан үзэх; U2 = Q/ C2; Un = Q/ Cn-ийг Q-аар орлуулах ба хуваах замаар конденсаторуудын цуваа холболттой хэлхээний багтаамжийг тооцоолох хамаарлыг олж авна.

Багтаамжийн нэгжүүд:

F - фарад. Энэ их том үнэ цэнэ, тиймээс жижиг утгыг ашиглана уу:

1 μF = 1 μF = 10-6F (микрофарад);

1 nF = 1 nF = 10-9 F (нанофарад);

1 pF = 1pF = 10-12F (пикофарад).

23) Хэрэв дамжуулагчийг цахилгаан талбарт байрлуулсан бол тэгвэл q хүч нь дамжуулагч дахь чөлөөт цэнэг q дээр үйлчилнэ. Үүний үр дүнд кондукторт чөлөөт цэнэгийн богино хугацааны хөдөлгөөн үүсдэг. Дамжуулагчийн гадаргуу дээр үүссэн цэнэгийн өөрийн цахилгаан орон нь гадаад талбарыг бүрэн нөхөхөд энэ процесс дуусна. Дамжуулагчийн дотор үүссэн электростатик орон нь тэг болно (§ 43-ыг үзнэ үү). Гэсэн хэдий ч дамжуулагчдад тодорхой нөхцөлд чөлөөт цахилгаан цэнэгийн тээвэрлэгчдийн тасралтгүй захиалгат хөдөлгөөн үүсч болно. Энэ хөдөлгөөнийг цахилгаан гүйдэл гэж нэрлэдэг. Цахилгаан гүйдлийн чиглэлийг эерэг чөлөөт цэнэгийн хөдөлгөөний чиглэл гэж авна. Дамжуулагчид цахилгаан гүйдэл байхын тулд хоёр нөхцлийг хангасан байх ёстой.

1) дамжуулагч дахь үнэ төлбөргүй цэнэг байгаа эсэх - гүйдэл дамжуулагч;

2) дамжуулагч дахь цахилгаан орон байгаа эсэх.

Цахилгаан гүйдлийн тоон хэмжүүр нь одоогийн хүч юм I– Δt хугацааны интервалд дамжуулагчийн хөндлөн огтлолоор дамжсан Δq цэнэгийн харьцаатай тэнцүү скаляр физик хэмжигдэхүүн (Зураг 11.1).

Дамжуулагч дахь чөлөөт гүйдлийн тээвэрлэгчдийн захиалгат хөдөлгөөн нь тээвэрлэгчдийн захиалгат хөдөлгөөний хурдаар тодорхойлогддог. Үүнийг хурд гэж нэрлэдэг шилжилтийн хурд одоогийн тээвэрлэгчид. Цилиндр дамжуулагч (Зураг 11.1) талбайтай хөндлөн огтлолтой байг С. ∆ зайтай 1 ба 2-р хөндлөн огтлолоор хязгаарлагдсан дамжуулагчийн эзэлхүүнд Xтэдгээрийн хооронд одоогийн тээвэрлэгчдийн тоог агуулна ∆ Н= nS∆X, Хаана n– одоогийн тээвэрлэгчдийн төвлөрөл. Тэдний нийт цэнэг ∆q = q 0 ∆ Н= q 0 nS∆X. Хэрэв цахилгаан талбайн нөлөөн дор гүйдэл зөөвөрлөгчид зүүнээс баруун тийш шилжих хурдаар хөдөлдөг v dr, дараа нь цаг хугацааны хувьд ∆ t=∆x/v drЭнэ ботид агуулагдах бүх тээвэрлэгчид 2-р хөндлөн огтлолоор дамжиж, үүсгэх болно цахилгаан гүйдэл. Одоогийн хүч нь:

. (11.2)

Одоогийн нягтнэгж талбайгаар урсах цахилгаан гүйдлийн хэмжээ хөндлөн огтлолдамжуулагч:

. (11.3)

Металл дамжуулагчийн хувьд гүйдэл дамжуулагч нь металлын чөлөөт электронууд юм. Чөлөөт электронуудын шилжилтийн хурдыг олцгооё. Одоогийн I = 1А бол дамжуулагчийн хөндлөн огтлолын талбай С= 1мм 2, чөлөөт электронуудын концентраци (жишээлбэл, зэс) n= 8.5·10 28 м --3 ба q 0 = e = 1.6·10 –19 С-ийг бид олж авна.

v dr = .

Электронуудын чиглэлтэй хөдөлгөөний хурд маш бага буюу чөлөөт электронуудын эмх замбараагүй дулааны хөдөлгөөний хурдаас хамаагүй бага байгааг бид харж байна.

Хэрэв гүйдлийн хүч ба түүний чиглэл цаг хугацааны явцад өөрчлөгддөггүй бол ийм гүйдлийг тогтмол гэж нэрлэдэг.

IN Олон улсын системГүйдлийг SI нэгжээр хэмждэг ампер (A). 1 А-ийн одоогийн нэгжийг дагуу тохируулна соронзон харилцан үйлчлэлхоёр зэрэгцээ дамжуулагчгүйдэлтэй.

Шууд цахилгаан гүйдлийг хаалттай хэлхээнд үүсгэж болно чөлөөт хэвлэл мэдээллийн хэрэгсэлцэнэг хаалттай траекторийн дагуу эргэлддэг. Гэхдээ цахилгаан цэнэг хаалттай зам дагуу цахилгаан статик талбарт шилжих үед ажил цахилгаан хүчтэгтэй тэнцүү. Тиймээс оршин тогтнохын тулд DCорсон байх ёстой цахилгаан хэлхээцахилгаан статик бус гарал үүслийн хүчний ажлын улмаас хэлхээний хэсгүүдэд боломжит зөрүү үүсгэх, хадгалах чадвартай төхөөрөмж. Ийм төхөөрөмжийг шууд гүйдлийн эх үүсвэр гэж нэрлэдэг. Гүйдлийн эх үүсвэрээс чөлөөт цэнэг зөөгч дээр ажилладаг цахилгаан статик бус гаралтай хүчийг гадны хүч гэж нэрлэдэг.

Гадны хүчний шинж чанар өөр байж болно. IN гальван эсүүдэсвэл батерейнууд үр дүнд нь үүсдэг цахилгаан химийн процессууд, Тогтмол гүйдлийн генераторуудад дамжуулагчууд соронзон орон дотор хөдөлж байх үед гадны хүч үүсдэг. Гадны хүчний нөлөөн дор цахилгаан цэнэг нь гүйдлийн эх үүсвэр дотор цахилгаан статик талбайн хүчний эсрэг хөдөлдөг тул хаалттай хэлхээнд тогтмол цахилгаан гүйдлийг хадгалах боломжтой.

Хөдлөх үед цахилгаан цэнэгТогтмол гүйдлийн хэлхээнд гүйдлийн эх үүсвэр дотор ажилладаг гадны хүчнүүд ажилладаг.

Физик хэмжигдэхүүн, ажлын харьцаатай тэнцүү A st q цэнэг нь гүйдлийн эх үүсвэрийн сөрөг туйлаас эерэг туйл руу энэ цэнэгийн утга хүртэл шилжих үед үүсэх гадаад хүчийг эх үүсвэрийн цахилгаан хөдөлгөгч хүч (EMF) гэнэ.

ε . (11.2)

Тиймээс EMF нь нэг эерэг цэнэгийг хөдөлгөх үед гадны хүчний хийсэн ажлаар тодорхойлогддог. Цахилгаан хөдөлгөгч хүчийг боломжит зөрүүтэй адил вольтоор (V) хэмждэг.

Хаалттай тогтмол гүйдлийн хэлхээний дагуу нэг эерэг цэнэг хөдөлж байх үед гадны хүчний хийсэн ажил нь энэ хэлхээнд ажиллаж буй emf-ийн нийлбэртэй тэнцүү бөгөөд цахилгаан статик талбайн хийсэн ажил тэг байна.

>>Физик: Цахилгаан орны шугам. Цэнэглэгдсэн бөмбөгний талбайн хүч

Цахилгаан орон нь мэдрэхүйд нөлөөлдөггүй. Бид түүнийг харахгүй байна.
Гэсэн хэдий ч, хэрэв бид орон зайн хэд хэдэн цэг дээр талбайн хүч чадлын векторуудыг зурвал талбайн тархалтын талаар тодорхой ойлголттой болно ( Зураг.14.9, зүүн). Хэрэв та үргэлжилсэн шугамуудыг зурвал зураг илүү тод харагдах болно, тэдгээрийн дамжин өнгөрөх цэг бүр нь хурцадмал байдлын векторуудтай давхцдаг. Эдгээр мөрүүдийг нэрлэдэг цахилгаан талбайн шугам эсвэл хурцадмал шугам (Зураг.14.9, баруун).

Талбайн шугамын чиглэл нь талбайн янз бүрийн цэгүүд дэх эрчмийн векторын чиглэлийг тодорхойлох боломжийг олгодог бөгөөд талбайн шугамын нягтрал (нэгж талбайд ногдох шугамын тоо) нь талбайн хүч хаана илүү байгааг харуулдаг. Тиймээс, 14.10-14.13-р зурагт цэг дээрх талбайн шугамын нягт. Аонооноос илүү IN. Мэдээжийн хэрэг, .
Фарадей өөрөө таамаглаж байсанчлан хурцадмал шугамууд нь сунгасан уян утас эсвэл утас шиг байдаг гэж бодох ёсгүй. Хүчдэлийн шугамууд нь зөвхөн орон зай дахь талбайн тархалтыг төсөөлөхөд тусалдаг. Тэдгээр нь меридиан ба параллелуудаас илүү бодитой биш юм бөмбөрцөг.
Гэсэн хэдий ч талбайн шугамыг харагдахуйц болгож болно. Хэрэв тусгаарлагчийн сунасан талстыг (жишээлбэл, хинин) наалдамхай шингэнд (жишээлбэл, касторын тос) сайтар хольж, цэнэглэгдсэн биетүүдийг тэнд байрлуулсан бол эдгээр биетүүдийн ойролцоо талстууд нь хурцадмал шугамын дагуу гинжээр эгнэнэ.
Зураг дээр хурцадмал шугамын жишээг харуулав: эерэг цэнэгтэй бөмбөг (харна уу. Зураг.14.10); Хоёр өөр цэнэглэгдсэн бөмбөг (харна уу. Зураг.14.11); ижил цэнэглэгдсэн хоёр бөмбөг (харна уу. Зураг.14.12); Цэнэгүүд нь хэмжээтэй тэнцүү, тэмдгээр эсрэг тэсрэг хоёр хавтан (харна уу. Зураг.14.13). Сүүлийн жишээялангуяа 14.13-р зурагт дунд хэсэгт ойртох ялтсуудын хоорондох зайд хүчний шугамууд параллель байгааг харуулж байна: энд байгаа цахилгаан орон бүх цэгүүдэд ижил байна.

Сансар огторгуйн бүх цэгт хүч нь ижил байдаг цахилгаан орон гэж нэрлэдэг нэгэн төрлийн. IN хязгаарлагдмал талбайорон зайд, хэрэв энэ бүс дэх талбайн хүч бага зэрэг өөрчлөгдвөл цахилгаан талбайг ойролцоогоор жигд гэж үзэж болно.
Нэг төрлийн цахилгаан талбарыг дүрсэлсэн зэрэгцээ шугамууддээр байрладаг тэнцүү зайтайбие биенээсээ.
Цахилгаан талбайн шугамууд нь эерэг цэнэгээр эхэлж, сөрөг цэнэгүүдээр төгсдөг. Хүчний шугамууд нь тасралтгүй бөгөөд огтлолцдоггүй, учир нь огтлолцол нь тухайн цэг дээр цахилгаан орны хүчний тодорхой чиглэл байхгүй гэсэн үг юм.
Цэнэглэгдсэн бөмбөгний талбар.Одоо радиустай цэнэглэгдсэн дамжуулагч бөмбөгний цахилгаан талбайн тухай асуудлыг авч үзье Р. Цэнэглэх qбөмбөгний гадаргуу дээр жигд тархсан. Тэгш хэмийг харгалзан үзсэний дагуу цахилгаан талбайн шугамууд нь бөмбөгний радиусын өргөтгөлийн дагуу чиглэгддэг ( Зураг 14.14, a).

Анхаар! ХүчБөмбөгний гаднах шугамууд нь цэгийн цэнэгийн талбайн шугамтай яг адилхан орон зайд тархсан байна ( Зураг.14.14, b). Хэрэв талбайн шугамын хэв маяг давхцаж байвал талбайн хүч ч бас давхцана гэж найдаж болно. Тиймээс хол зайд r>RБөмбөгний төвөөс талбайн хүчийг бөмбөрцгийн төвд байрлуулсан цэгийн цэнэгийн талбайн хүчтэй ижил томъёогоор (14.9) тодорхойлно.

) талбайн хүч нь тэг байна. Үүнийг бид удахгүй харах болно. Зураг 14.14в-д цэнэглэгдсэн дамжуулагч бөмбөлгийн цахилгаан талбайн хүч нь түүний төв хүртэлх зайнаас хамаарахыг харуулав.
Талбайн шугамын зураг нь цахилгаан орны хүч нь орон зайн өөр өөр цэгүүдэд хэрхэн чиглэгдэж байгааг тодорхой харуулж байна. Шугамын нягтыг өөрчилснөөр нэг цэгээс цэг рүү шилжих үед талбайн хүч чадлын модулийн өөрчлөлтийг шүүж болно.

???
1. Цахилгаан орны шугамыг юу гэж нэрлэдэг вэ?
2. Бүх тохиолдолд цэнэгтэй бөөмийн траектори нь талбайн шугамтай давхцдаг уу?
3. Хүчний шугамууд огтлолцож болох уу?
4. Цэнэглэгдсэн дамжуулагч бөмбөгийн талбайн хүч ямар байх вэ?

Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Соцкий, Физик 10-р анги

Хичээлийн агуулга хичээлийн тэмдэглэлдэмжих хүрээ хичээл танилцуулга хурдасгах аргууд интерактив технологи Дасгал хийх даалгавар, дасгал бие даан шалгах семинар, сургалт, кейс, даалгавар бие даалт хэлэлцүүлгийн асуултууд сурагчдын риторик асуултууд Зураглал аудио, видео клип, мультимедиагэрэл зураг, зураг, график, хүснэгт, диаграмм, хошигнол, анекдот, хошигнол, хошин шог, сургаалт зүйрлэл, хэллэг, кроссворд, ишлэл Нэмэлтүүд хураангуйнийтлэл, сониуч хүүхдийн ор сурах бичиг, нэр томьёоны үндсэн болон нэмэлт толь бичиг бусад Сурах бичиг, хичээлийг сайжруулахсурах бичгийн алдааг засахсурах бичгийн хэсэг, хичээл дэх инновацийн элементүүдийг шинэчлэх, хуучирсан мэдлэгийг шинэ зүйлээр солих Зөвхөн багш нарт зориулагдсан төгс хичээлүүджилийн календарийн төлөвлөгөөг хэлэлцэх арга зүйн зөвлөмж; Нэгдсэн хичээлүүд

Хэрэв танд энэ хичээлтэй холбоотой засвар, санал байвал,

« Физик - 10-р анги"

Төлбөрийн харилцан үйлчлэлийг гүйцэтгэдэг зуучлагч гэж юу вэ?
Хоёр талбарын аль нь илүү хүчтэй болохыг хэрхэн тодорхойлох вэ? Талбаруудыг харьцуулах арга замыг санал болго.

Цахилгаан талбайн хүч.

Цахилгаан талбарыг цэнэг дээр ажиллаж буй хүчнүүд илрүүлдэг. Хэрэв бид талбайн аль ч цэг дээр ямар нэгэн цэнэг дээр ажиллаж байгаа хүчийг мэддэг бол бид талбайн талаар хэрэгтэй бүх зүйлийг мэддэг гэж маргаж болно. Тиймээс, энэ хүчийг тодорхойлох боломжийг бидэнд олгох талбайн шинж чанарыг нэвтрүүлэх шаардлагатай байна.

Хэрэв та жижиг цэнэгтэй биетүүдийг талбайн нэг цэгт ээлжлэн байрлуулж, хүчийг хэмжих юм бол талбайн цэнэгт үйлчилж буй хүч нь энэ цэнэгтэй шууд пропорциональ болохыг олж мэдэх болно. Үнэхээр талбарыг q 1 цэгийн цэнэгээр үүсгэе. Кулоны хуулийн дагуу (14.2) цэгийн цэнэг q дээр q цэнэгтэй пропорциональ хүч үйлчилдэг. Иймд талбайн өгөгдсөн цэгт байрлуулсан цэнэгт үйлчлэх хүчний энэ цэнэгт тухайн талбайн цэг бүрийн харьцаа нь цэнэгээс хамаарахгүй бөгөөд тухайн талбайн шинж чанар гэж үзэж болно.

Талбайн өгөгдсөн цэг дээр байрлуулсан цэгийн цэнэгт үйлчлэх хүчийг энэ цэнэгтэй харьцуулсан харьцааг нэрлэнэ цахилгаан талбайн хүч.

Хүчний нэгэн адил талбайн хүч ч мөн адил вектор хэмжигдэхүүн; Үүнийг дараах үсгээр тэмдэглэв.

Тиймээс цахилгаан талбайн q цэнэг дээр ажиллах хүч нь дараахтай тэнцүү байна.

Асуулт (14.8)

Векторын чиглэл нь эерэг цэнэг дээр үйлчлэх хүчний чиглэлтэй давхцаж, сөрөг цэнэг дээр үйлчлэх хүчний чиглэлийн эсрэг байна.

SI дахь хүчдэлийн нэгж нь N/Cl.

Цахилгаан талбайн шугамууд.

Цахилгаан орон нь мэдрэхүйд нөлөөлдөггүй. Бид түүнийг харахгүй байна. Гэсэн хэдий ч, хэрэв бид орон зайн хэд хэдэн цэг дээр талбайн хүч чадлын векторыг зурвал талбайн тархалтын талаар тодорхой ойлголттой болно (Зураг 14.9a). Хэрэв та тасралтгүй шугам зурвал зураг илүү тодорхой болно.

Цэг бүрийн шүргэгч нь цахилгаан орны хүч чадлын вектортой давхцаж байгаа шугамыг дуудна цахилгаан шугамэсвэл талбайн хүч чадлын шугам(Зураг 14.9, b).

Талбайн шугамын чиглэл нь талбайн янз бүрийн цэгүүд дэх эрчмийн векторын чиглэлийг тодорхойлох боломжийг олгодог бөгөөд талбайн шугамын нягтрал (нэгж талбайд ногдох шугамын тоо) нь талбайн хүч хаана илүү байгааг харуулдаг. Тэгэхээр 14 10-14.13-р зурагт А цэг дээрх талбайн шугамын нягт В цэгээс их байна. Мэдээж A > B.

Фарадей өөрөө таамаглаж байсанчлан хурцадмал шугамууд нь сунгасан уян утас эсвэл утас шиг байдаг гэж бодох ёсгүй. Хүчдэлийн шугамууд нь зөвхөн орон зай дахь талбайн тархалтыг төсөөлөхөд тусалдаг. Тэд дэлхийн бөмбөрцөг дээрх меридиан ба параллелуудаас илүү бодитой биш юм.

Талбайн шугамыг харагдахуйц болгож болно. Хэрэв тусгаарлагчийн сунасан талстыг (жишээлбэл, хинин) наалдамхай шингэнд (жишээлбэл, касторын тос) сайтар хольж, цэнэглэгдсэн биетүүдийг тэнд байрлуулсан бол эдгээр биетүүдийн ойролцоо талстууд нь хурцадмал шугамын дагуу гинжээр эгнэнэ.

Зургууд нь хурцадмал шугамын жишээг харуулж байна: эерэг цэнэгтэй бөмбөг (14.10-р зургийг үз), эсрэгээр цэнэглэгдсэн хоёр бөмбөг (14.11-р зургийг үз), ижил цэнэглэгдсэн хоёр бөмбөг (14.12-р зургийг үз), цэнэгийн хэмжээ нь тэнцүү ба хоёр хавтан. тэмдгийн эсрэг (14.13-р зургийг үз). Сүүлийн жишээ нь ялангуяа чухал юм.

Зураг 14.13-аас харахад ялтсуудын хоорондох зайд хүчний шугамууд үндсэндээ параллель бөгөөд бие биенээсээ ижил зайд байрладаг: энд байгаа цахилгаан орон бүх цэгүүдэд ижил байна.

Бүх цэгүүдэд хүч чадал нь ижил байдаг цахилгаан орон гэж нэрлэдэг нэгэн төрлийн.

Сансар огторгуйн хязгаарлагдмал мужид, хэрэв энэ муж дахь талбайн хүч бага зэрэг өөрчлөгдвөл цахилгаан талбайг ойролцоогоор жигд гэж үзэж болно.

Цахилгаан талбайн шугамууд нь эерэг цэнэгээр эхэлж, сөрөг цэнэгүүдээр төгсдөг. Хүчний шугамууд нь тасралтгүй бөгөөд огтлолцдоггүй, учир нь огтлолцол нь тухайн цэг дэх цахилгаан орны хүчний тодорхой чиглэл байхгүй гэсэн үг юм.