Mund të paraqitet linja e fushës elektrostatike. Fusha elektrostatike dhe karakteristikat e saj

Një ngarkesë elektrike e vendosur në një pikë të caktuar të hapësirës ndryshon vetitë hapësirë ​​e dhënë. Kjo do të thotë, ngarkesa gjeneron një fushë elektrike rreth vetes. Fusha elektrostatike - lloj i veçantëçështje.

Është i përshtatshëm për të paraqitur grafikisht fushën elektrike duke përdorur linjat e forcës.

Vijat e forcës (vijat e intensitetit të fushës elektrike) janë linja tangjentet e të cilave në secilën pikë të fushës përputhen me drejtimin e vektorit të intensitetit në një pikë të caktuar.

Linjat e energjisë filloni me një ngarkesë pozitive dhe përfundoni me një ngarkesë negative (Vijat fushore të fushave elektrostatike të ngarkesave pika.).

Dendësia e linjave të tensionit karakterizon forcën e fushës (sa më të dendura të jenë linjat, aq më e fortë është fusha).

Potenciali është karakteristikë energjetike e fushës elektrike.

Koncepti i "veprimit në distancë" ishte i vështirë për t'u pranuar nga mendimtarët e kaluar. Në të vërtetë, si mund të veprojë një ngarkesë mbi një tjetër nëse nuk preken?
Edhe Njutoni, i cili e zbatoi këtë ide në teori graviteti universal, nuk ishte e lehtë të mësoheshe me të. Megjithatë, siç e kemi parë, këto vështirësi mund të kapërcehen duke përdorur konceptin e fushës, i cili u prezantua nga shkencëtari anglez Michael Faraday (1791-1867). Sipas Faraday, çdo ngarkesë lëshon një fushë elektrike që përshkon të gjithë hapësirën. Kur një ngarkesë tjetër afrohet me një ngarkesë, ajo përjeton një forcë që shkaktohet nga fusha elektrike e ngarkesës së parë. Fusha elektrike në pikën ku ndodhet ngarkesa e dytë ndikon drejtpërdrejt në këtë ngarkesë, duke krijuar një forcë që vepron mbi të. Duhet theksuar se fusha nuk është një lloj materie; ose më mirë, është një koncept jashtëzakonisht i dobishëm.

Fusha e krijuar nga një ose më shumë ngarkesa mund të ekzaminohet duke përdorur një ngarkesë të vogël provë pozitive, duke matur forcën që vepron mbi të. Me tarifë provë nënkuptojmë një ngarkesë mjaft të vogël, fusha e së cilës nuk ndryshon ndjeshëm shpërndarjen e ngarkesave të mbetura që krijojnë fushën në studim. Forcat që veprojnë në një ngarkesë të vogël provë q në afërsi të një ngarkese të vetme pozitive P, treguar në Fig. 22.13. Forca në pikën b është më e vogël se në a për shkak të distancë më të madhe ndërmjet akuzave (ligji i Kulombit); në pikën c forca është edhe më e vogël. Në të gjitha rastet forca drejtohet në mënyrë radiale nga ngarkesa P.
A-parësore forca e fushës elektrike, (ose thjesht fushe elektrike) E në çdo pikë të hapësirës është i barabartë me raportin e forcës F, duke vepruar në një ngarkesë të vogël provë pozitive q, në madhësinë e kësaj ngarkese:

Nga përkufizimi i mësipërm rezulton se drejtimi i forcës së fushës elektrike në çdo pikë të hapësirës përkon me drejtimin e forcës që vepron në këtë pikë në ngarkesën pozitive të provës. Forca e fushës elektrike përfaqëson forcën që vepron në një ngarkesë njësi; matet në njuton për kulomb (N/C).

Më rreptësisht E përcaktohet si kufiri i raportit F/q në q duke u prirë në zero.

Forca e fushës elektrike E të përcaktuara përmes relacionit F/q për të eliminuar varësinë në terren E në madhësinë e ngarkesës testuese q. Me fjale te tjera, E merr parasysh vetëm ato ngarkesa që krijojnë fushën elektrike të konsideruar në një pikë të caktuar. Sepse E - sasia vektoriale, fusha elektrike është fushë vektoriale.

Linjat e energjisë

Meqenëse fusha elektrike është vektoriale, ajo mund të përfaqësohet në pika të ndryshme me shigjeta, siç është bërë në Fig. 22.13. Drejtimet e vektorit Ea, Eb, BE do të përkonte me drejtimet e forcave të paraqitura në këtë figurë dhe vetëm gjatësia e tyre do të ishte e ndryshme si rezultat i ndarjes me q. Raporti i gjatësisë së vektorit Ea, Eb, BE do të mbetet e njëjtë, pasi po pjesëtojmë me të njëjtën ngarkesë. Sidoqoftë, përshkrimi i fushës elektrike në këtë mënyrë është i papërshtatshëm, që kur numer i madh pika, e gjithë fotografia do të jetë e mbushur me shigjeta. Prandaj, ata përdorin një metodë tjetër të përshkrimit të fushës - metodën e linjave të fushës.

Për të përfaqësuar vizualisht fushën elektrike, ajo përshkruhet nga një familje vijash që tregojnë drejtimin e forcës së fushës në çdo pikë të hapësirës.
Këto të ashtuquajtura vija fushore janë tërhequr në mënyrë të tillë që të tregojnë drejtimin e forcës që vepron në një fushë të caktuar në një ngarkesë testuese pozitive. Vijat e fushës së një ngarkese pozitive pikë janë paraqitur në Fig. 22.20, a, negative - në Fig. 22.20.6.
Në rastin e parë, linjat ndryshojnë në mënyrë radiale nga ngarkesa, në të dytën ato konvergojnë në mënyrë radiale drejt ngarkesës. Është në këtë drejtim që forcat do të veprojnë në ngarkesën pozitive të provës. Natyrisht, linjat e forcës mund të vizatohen edhe në hapësirat ndërmjet atyre të paraqitura në figurë. Por ne do të pajtohemi të vizatojmë linjat e forcës në atë mënyrë që numri i vijave që dalin nga një ngarkesë pozitive ose që përfundojnë në një ngarkesë negative të jetë në proporcion me madhësinë e kësaj ngarkese.
Le t'i kushtojmë vëmendje faktit se afër ngarkesës, ku forca është maksimale, linjat janë të vendosura më afër. Kjo pronë e përgjithshme vijat e fushës: sa më afër të jenë vijat e fushës, aq më e fortë është fusha elektrike në atë zonë. Në përgjithësi, linjat e fushës mund të përshkruhen gjithmonë në atë mënyrë që numri i linjave që kalojnë një sipërfaqe njësi pingul me drejtimin e fushës E, ishte proporcionale me fuqinë e fushës elektrike. Për shembull, për një ngarkesë me pikë të vetme (Fig. 22.20), forca e fushës elektrike zvogëlohet me 1/ r 2 ; numri i linjave të shpërndara uniforme të forcës që përshkojnë një sipërfaqe njësi do të ulet gjithashtu me distancën: në fund të fundit numri total linjat e forcës mbeten konstante dhe sipërfaqja nëpër të cilën ato kalojnë rritet me 4 πr 2 (sipërfaqja e një sfere me rreze r). Prandaj, numri i linjave të energjisë elektrike për njësi sipërfaqe është proporcional me 1/ r 2 .

Në Fig. 22.21, dhe tregon linjat e forcës së fushës të krijuara nga dy ngarkesa me shenja të kundërta. Këtu linjat e forcës janë të lakuara dhe të drejtuara nga ngarkesa pozitive në negative. Fusha në çdo pikë drejtohet në mënyrë tangjenciale në vijën e fushës, siç tregohet nga shigjeta në pikën P.
Në Fig. 22.21.6 dhe c tregojnë linjat e fushës elektrike të dy ngarkesave pozitive dhe fushën ndërmjet dy pllakave paralele të ngarkuara kundërt. Vini re se linjat e fushës midis pllakave janë paralele dhe të vendosura në distanca të barabarta nga njëra-tjetra, duke përjashtuar zonën afër skajeve.

Kështu, në rajonin qendror forca e fushës elektrike është e njëjtë në të gjitha pikat, dhe mund të shkruajmë:
E = konst(ndërmjet pllakave paralele të vendosura ngushtë).
Edhe pse ky nuk është rasti pranë skajeve (linjat e fushës përkulen), kjo shpesh mund të neglizhohet, veçanërisht nëse distanca midis pllakave është e vogël në krahasim me madhësinë e tyre. [Krahasojeni këtë rezultat me rastin e një ngarkese pike të vetme, ku fusha ndryshon në mënyrë të kundërt me katrorin e distancës].

Pra, linjat e fushës kanë vetitë e mëposhtme:

1. Vijat e forcës tregojnë drejtimin e forcës së fushës elektrike: në çdo pikë forca e fushës drejtohet tangjencialisht në vijën e forcës.

2. Linjat e energjisë janë tërhequr në mënyrë që forca e fushës elektrike E ishte proporcionale me numrin e vijave që kalonin nëpër një sipërfaqe njësi pingul me vijat.

3. Linjat e forcës fillojnë vetëm në ngarkesa pozitive dhe përfundon vetëm në ngarkesa negative; numri i rreshtave që dalin ose hyjnë në ngarkesë është në përpjesëtim me madhësinë e ngarkesës.

Mund të themi gjithashtu se linja e fushës elektrike është trajektorja që do të ndiqte një ngarkesë e vogël provë e vendosur në fushë. (Në mënyrë të rreptë, kjo është e vërtetë vetëm nëse ngarkesa e provës nuk ka inerci ose lëviz ngadalë, për shembull për shkak të fërkimit.)
Linjat e forcës nuk kryqëzohen kurrë. (Nëse ato kryqëzohen, kjo do të thotë se në të njëjtën pikë forca e fushës elektrike ka dy drejtime të ndryshme, gjë që nuk ka kuptim.)

Fushat elektrike dhe përçuesit

Në rastin statik (d.m.th. kur ngarkesat janë në qetësi), nuk ka fushë elektrike brenda një përcjellësi të mirë. Nëse do të kishte një fushë elektrike në përcjellës, atëherë një forcë do të vepronte në elektronet e brendshme të lira, si rezultat i së cilës elektronet do të fillonin të lëviznin dhe të lëviznin derisa të merrnin një pozicion në të cilin forca e fushës elektrike, dhe rrjedhimisht rryma mbi to forca do të bëhej zero. Nga ky arsyetim rrjedhin pasoja interesante. Në veçanti, nëse një përcjellës ka një ngarkesë neto, atëherë kjo ngarkesë shpërndahet sipërfaqja e jashtme dirigjent. Ky fakt mund të shpjegohet nga një këndvështrim tjetër. Nëse, për shembull, një përcjellës është i ngarkuar negativisht, atëherë mund të imagjinojmë lehtësisht se ngarkesat negative sprapsin njëra-tjetrën dhe nxitojnë në sipërfaqen e përcjellësit në mënyrë që të vendosen sa më larg njëra-tjetrës. Një pasojë tjetër është si vijon. Le të vendoset një ngarkesë pozitive Q në qendër të një përcjellësi të izoluar të zbrazët në formën e një guaskë sferike (Fig. 22.22).
Meqenëse nuk mund të ketë një fushë elektrike brenda një përcjellësi, linjat e forcës që vijnë nga një ngarkesë pozitive duhet të përfundojnë me ngarkesa negative në sipërfaqe e brendshme sferë metalike. Si rezultat, përkatëse ngarkesë negative -P, dhe një ngarkesë pozitive të barabartë +Q do të shpërndahet në sipërfaqen e jashtme të sferës (pasi guaska në tërësi është neutrale). Kështu, edhe pse nuk ka fushë elektrike brenda përçuesit, ekziston një fushë elektrike jashtë sferës (Fig. 22.22), sikur të mos kishte fare sferë metalike.

Kjo është edhe për faktin se linjat e fushës elektrike janë gjithmonë pingul me sipërfaqen e përcjellësit. Në të vërtetë, nëse vektori i forcës së fushës elektrike E kishin një komponent paralel me sipërfaqen e përcjellësit, atëherë elektronet, nën ndikimin e një force, do të lëviznin derisa të merrnin një pozicion në të cilin forca nuk vepronte mbi to, d.m.th., derisa vektori i intensitetit të fushës elektrike të ishte pingul me siperfaqja.

Të gjitha sa më sipër vlejnë vetëm për përçuesit. Në reparte të izolimit që nuk kanë elektrone të lira, një fushë elektrike mund të ekzistojë dhe linjat e fushës nuk janë domosdoshmërisht pingul me sipërfaqen.

Vazhdon. Shkurtimisht për publikimin e mëposhtëm:

Komentet dhe sugjerimet janë të pranuara dhe të mirëseardhura!

· Linjat e fushës elektrike kanë një fillim dhe një fund. Fillojnë me ngarkesa pozitive dhe përfundojnë me ngarkesa negative.

· Linjat e fushës elektrike janë gjithmonë pingul me sipërfaqen e përcjellësit.

· Shpërndarja e linjave të fushës elektrike përcakton natyrën e fushës. Fusha mund të jetë radiale(nëse vijat e forcës dalin nga një pikë ose konvergojnë në një pikë), homogjene(nëse vijat e fushës janë paralele) dhe heterogjene(nëse vijat e fushës nuk janë paralele).

20) Më lejoni t'ju kujtoj se këto janë karakteristikat energjetike të fushës elektrike.

Potenciali i fushës elektrike në çdo pikë përcaktohet si

.

dhe është e barabartë me energjinë potenciale të një ngarkese njësi të futur në një pikë të caktuar në fushë.

Nëse një ngarkesë zhvendoset në një fushë nga pika 1 në pikën 2, atëherë lind një ndryshim potencial midis këtyre pikave

.

Kuptimi i ndryshimit potencial: kjo është puna e një fushe elektrike për të lëvizur një ngarkesë nga një pikë në tjetrën.

Potenciali i fushës mund të interpretohet edhe përmes punës Nëse pika 2 është në pafundësi, ku nuk ka fushë (), atëherë - kjo është puna e fushës për të lëvizur një ngarkesë nga një pikë e caktuar në pafundësi. Potenciali i fushës i krijuar nga një ngarkesë e vetme llogaritet si .

Sipërfaqet në secilën pikë ku potencialet e fushës janë të njëjta quhen sipërfaqe ekuipotenciale. Në një fushë dipole, sipërfaqet e mundshme shpërndahen si më poshtë:

Potenciali i fushës i formuar nga disa ngarkesa llogaritet duke përdorur parimin e mbivendosjes: .

a) Llogaritja e potencialit në pikën A, e vendosur jo në boshtin e dipolit:

Le të gjejmë nga trekëndëshi ( ). Natyrisht,. Kjo është arsyeja pse Dhe .

.

b) Midis pikave A dhe B, në distancë të barabartë nga dipoli në një distancë

() ndryshimi i mundshëm përcaktohet si (ne pranojmë pa prova, të cilat do ta gjeni në librin shkollor të Remizov)

.

c) Mund të tregohet se nëse dipoli është në qendër trekëndësh barabrinjës, atëherë diferenca potenciale ndërmjet kulmeve të trekëndëshit lidhen si projeksione të vektorit në anët e këtij trekëndëshi ( ).

21) - llogaritet puna e fushës elektrike përgjatë linjave të energjisë.

1. Puna në një fushë elektrike nuk varet nga forma e shtegut.

2. Puna pingul me vijat e forcës nuk kryhet.

3. Në një qark të mbyllur, nuk punohet në një fushë elektrike.

Karakteristikat e energjisë fushë elektrike (valle).

1) Kuptimi fizik:

Nëse Cl, atëherë (numerikisht), me kusht që ngarkesa vendosur në një pikë të caktuar të fushës elektrike.

Njësia matëse:

2) Kuptimi fizik:

Nëse një njësi ngarkesë pikë pozitive vendoset në një pikë të caktuar, atëherë (numerikisht), kur lëviz nga një pikë e caktuar në pafundësi.

Δφ është ndryshimi midis vlerave të vallëzimit të dy pikave të fushës elektrike.

U – tension – “y” është diferenca ndërmjet tensioneve të dy pikave të fushës elektrike.

[U]=V (Volt)

Kuptimi fizik:

Nëse , atëherë (numerikisht) kur lëvizni nga një pikë e fushës në tjetrën.

Marrëdhënia midis tensionit dhe tensionit:

22) Në një fushë elektrostatike, të gjitha pikat e një përcjellësi kanë të njëjtin potencial, i cili është proporcional me ngarkesën e përcjellësit, d.m.th. raporti i ngarkesës q ndaj potencialit φ nuk varet nga ngarkesa q. (Elektrostatike është fusha përreth tarifat stacionare). Prandaj, doli të ishte e mundur të prezantohej koncepti kapaciteti elektrik Nga një dirigjent i vetmuar:

Kapaciteti elektrik është një sasi, numerikisht e barabartë me ngarkesën, i cili duhet t'i komunikohet përcjellësit në mënyrë që potenciali i tij të ndryshojë me një.

Kapaciteti përcaktohet nga dimensionet gjeometrike të përcjellësit, forma dhe vetitë e tij mjedisi dhe nuk varet nga materiali përcjellës.

Njësitë matëse për sasitë e përfshira në përkufizimin e kapacitetit:

Kapaciteti - emërtimi C, njësia matëse - Farad (F, F);

Ngarkesa elektrike - emërtimi q, njësia matëse - kulomb (C, C);

φ - potenciali i fushës - volt (V, V).

Është e mundur të krijohet një sistem përcjellësish që do të kenë një kapacitet shumë më të madh se një përcjellës individual, i pavarur nga trupat përreth. Një sistem i tillë quhet kondensator. Kondensatori më i thjeshtë përbëhet nga dy pllaka përcjellëse të vendosura në një distancë të shkurtër nga njëra-tjetra (Fig. 1.9). Fusha elektrike e një kondensatori është e përqendruar midis pllakave të kondensatorit, domethënë brenda tij. Kapaciteti i kondensatorit:

C = q / (φ1 - φ2) = q / U

(φ1 - φ2) - ndryshimi i potencialit midis pllakave të kondensatorit, d.m.th. tensionit.

Kapaciteti i një kondensatori varet nga madhësia, forma dhe konstantja dielektrike ε e dielektrikut të vendosur midis pllakave.

C = ε∙εo∙S / d, ku

S - zona e rreshtimit;

d - distanca midis pllakave;

ε - konstanta dielektrike dielektrik midis pllakave;

εo - konstante elektrike 8,85∙10-12F/m.

Nëse është e nevojshme të rritet kapaciteti, kondensatorët janë të lidhur me njëri-tjetrin paralelisht.

Fig.1.10. Lidhja paralele e kondensatorëve.

Ctotal = C1 + C2 + C3

Në lidhje paralele të gjithë kondensatorët janë nën të njëjtin tension dhe ngarkesa totale e tyre është Q. Në këtë rast, çdo kondensator do të marrë një ngarkesë Q1, Q2, Q3, ...

Q = Q1 + Q2 + Q3

Q1 = C1∙U; Q2 = C2∙U; Q3 = C3∙U. Le të zëvendësojmë në ekuacionin e mësipërm:

C∙U = C1∙U + C2∙U + C3∙U, prej nga C = C1 + C2 + C3 (dhe kështu me radhë për çdo numër kondensatorësh).

Për lidhje serike:

Fig.1.11. Lidhja serike e kondensatorëve.

1/Ctot = 1/C1 + 1/C2 + ∙∙∙∙∙ + 1/ Cn

Nxjerrja e formulës:

Tensioni në kondensatorët individualë U1, U2, U3,..., Un. Tensioni total i të gjithë kondensatorëve:

U = U1 + U2 + ∙∙∙∙∙ + Un,

duke marrë parasysh se U1 = Q/ C1; U2 = Q/ C2; Un = Q/ Cn, duke zëvendësuar dhe pjesëtuar me Q, marrim një marrëdhënie për llogaritjen e kapacitetit të një qarku me një lidhje serike të kondensatorëve.

Njësitë e kapacitetit:

F - farad. Kjo është shumë vlerë të madhe, prandaj përdorni vlera më të vogla:

1 µF = 1 µF = 10-6F (mikrofarad);

1 nF = 1 nF = 10-9 F (nanofarad);

1 pF = 1pF = 10-12F (pikofarad).

23) Nëse një përcjellës vendoset në një fushë elektrike atëherë forca q do të veprojë në ngarkesat e lira q në përcjellës. Si rezultat, një lëvizje afatshkurtër e tarifave falas ndodh në përcjellës. Ky proces do të përfundojë kur fusha e vet elektrike e ngarkesave që dalin në sipërfaqen e përcjellësit të kompensojë plotësisht fushën e jashtme. Fusha elektrostatike që rezulton brenda përcjellësit do të jetë zero (shih § 43). Megjithatë, në përçues, në kushte të caktuara, mund të ndodhë lëvizje e vazhdueshme e urdhëruar e transportuesve të lirë të ngarkesës elektrike. Kjo lëvizje quhet rrymë elektrike. Drejtimi i rrymës elektrike merret si drejtimi i lëvizjes së ngarkesave të lira pozitive. Për ekzistencën e rrymës elektrike në një përcjellës, duhet të plotësohen dy kushte:

1) prania e tarifave falas në përcjellësin - transportuesit aktual;

2) prania e një fushe elektrike në përcjellës.

Masa sasiore e rrymës elektrike është forca e rrymës I– sasi fizike skalare e barabartë me raportin e ngarkesës Δq të transferuar përmes seksionit kryq të përcjellësit (Fig. 11.1) gjatë intervalit kohor Δt me këtë interval kohor:

Lëvizja e urdhëruar e transportuesve të rrymës së lirë në një përcjellës karakterizohet nga shpejtësia e lëvizjes së urdhëruar të transportuesve. Kjo shpejtësi quhet shpejtësia e lëvizjes transportuesit aktualë. Le të ketë një përçues cilindrik (Fig. 11.1) një seksion kryq me një sipërfaqe S. Në vëllimin e përcjellësit, i kufizuar nga seksionet kryq 1 dhe 2 me një distancë ∆ X ndërmjet tyre përmban numrin e bartësve të rrymës ∆ N= nS∆X, Ku n– përqendrimi i bartësve të rrymës. Ngarkesa totale e tyre ∆q = q 0 ∆ N= q 0 nS∆X. Nëse, nën ndikimin e një fushe elektrike, transportuesit e rrymës lëvizin nga e majta në të djathtë me një shpejtësi lëvizjeje v dr, pastaj në kohë ∆ t=∆x/v dr të gjithë transportuesit e përfshirë në këtë vëllim do të kalojnë përmes seksionit kryq 2 dhe do të krijojnë elektricitet. Forca aktuale është:

. (11.2)

Dendësia e rrymësështë sasia e rrymës elektrike që rrjedh nëpër një sipërfaqe njësi prerje tërthore dirigjent:

. (11.3)

Në një përcjellës metalik, bartësit e rrymës janë elektronet e lira të metalit. Le të gjejmë shpejtësinë e lëvizjes së elektroneve të lira. Me rrymë I = 1A, zona e seksionit kryq të përcjellësit S= 1mm 2, përqendrimi i elektroneve të lira (për shembull, në bakër) n= 8,5·10 28 m --3 dhe q 0 = e = 1,6·10 –19 C marrim:

v dr = .

Ne shohim se shpejtësia e lëvizjes së drejtuar të elektroneve është shumë e ulët, shumë më e vogël se shpejtësia e lëvizjes kaotike termike të elektroneve të lira.

Nëse forca e rrymës dhe drejtimi i saj nuk ndryshojnë me kalimin e kohës, atëherë një rrymë e tillë quhet konstante.

NË Sistemi ndërkombëtar Rryma e njësive SI matet në amperët (A). Njësia aktuale prej 1 A vendoset sipas ndërveprimi magnetik dy përçuesit paralelë me rrymë.

Një rrymë elektrike e drejtpërdrejtë mund të krijohet në një qark të mbyllur në të cilin media e lirë ngarkesa qarkullon përgjatë trajektoreve të mbyllura. Por kur një ngarkesë elektrike lëviz në një fushë elektrostatike përgjatë një rruge të mbyllur, puna forcat elektrike e barabartë me zero. Prandaj, për ekzistencë rrymë e vazhdueshme duhet të ketë në qark elektrik një pajisje e aftë të krijojë dhe të mbajë dallime potenciale në seksionet e një qarku për shkak të punës së forcave me origjinë joelektrostatike. Pajisjet e tilla quhen burime të rrymës së drejtpërdrejtë. Forcat me origjinë jo-elektrostatike që veprojnë në bartës të ngarkesës së lirë nga burimet aktuale quhen forca të jashtme.

Natyra e forcave të jashtme mund të ndryshojë. NË qelizat galvanike ose bateritë lindin si rezultat proceset elektrokimike, në gjeneratorët e rrymës së drejtpërdrejtë, forcat e jashtme lindin kur përcjellësit lëvizin në një fushë magnetike. Nën ndikimin e forcave të jashtme, ngarkesat elektrike lëvizin brenda burimit të rrymës kundër forcave të fushës elektrostatike, për shkak të së cilës një rrymë elektrike konstante mund të mbahet në një qark të mbyllur.

Kur lëviz ngarkesat elektrike Në një qark të rrymës së drejtpërdrejtë, forcat e jashtme që veprojnë brenda burimeve të rrymës funksionojnë.

Sasia fizike, e barabartë me raportin e punës A rr forcat e jashtme kur një ngarkesë q lëviz nga poli negativ i një burimi aktual në polin pozitiv në vlerën e kësaj ngarkese quhet forca elektromotore e burimit (EMF):

ε . (11.2)

Kështu, EMF përcaktohet nga puna e bërë nga forcat e jashtme kur lëviz një ngarkesë e vetme pozitive. Forca elektromotore, si diferenca potenciale, matet në volt (V).

Kur një ngarkesë e vetme pozitive lëviz përgjatë një qarku të mbyllur të rrymës direkte, puna e bërë nga forcat e jashtme është e barabartë me shumën e EMF që vepron në këtë qark dhe puna e bërë nga fusha elektrostatike është zero.

>> Fizikë: Linjat e fushës elektrike. Forca e fushës së një topi të ngarkuar

Fusha elektrike nuk ndikon në shqisat. Ne nuk e shohim atë.
Megjithatë, ne mund të kemi njëfarë ideje për shpërndarjen e fushës nëse vizatojmë vektorët e forcës së fushës në disa pika në hapësirë ​​( Fig.14.9, majtas). Fotografia do të jetë më e qartë nëse vizatoni vija të vazhdueshme, tangjentet në të cilat në secilën pikë nëpër të cilën kalojnë përkojnë në drejtim me vektorët e tensionit. Këto rreshta quhen linjat e fushës elektrike ose linjat e tensionit (Fig.14.9, në të djathtë).

Drejtimi i vijave të fushës ju lejon të përcaktoni drejtimin e vektorit të intensitetit në pika të ndryshme të fushës, dhe dendësia (numri i linjave për njësi sipërfaqe) të linjave të fushës tregon se ku është më e madhe forca e fushës. Pra, në figurat 14.10-14.13 dendësia e vijave të fushës në pika A më shumë se pikë NË. Natyrisht, .
Nuk duhet menduar se linjat e tensionit ekzistojnë në të vërtetë si fije elastike ose litarë të shtrirë, siç supozoi vetë Faraday. Linjat e tensionit ndihmojnë vetëm për të vizualizuar shpërndarjen e fushës në hapësirë. Ata nuk janë më realë se meridianët dhe paralelet në të globit.
Megjithatë, linjat e fushës mund të bëhen të dukshme. Nëse kristalet e zgjatura të një izoluesi (për shembull, kinina) përzihen mirë në një lëng viskoz (për shembull, vaj kastori) dhe trupat e ngarkuar vendosen atje, atëherë pranë këtyre trupave kristalet do të rreshtohen në zinxhirë përgjatë vijave të tensionit.
Shifrat tregojnë shembuj të linjave të tensionit: një top i ngarkuar pozitivisht (shih. Fig.14.10); dy topa të ngarkuar ndryshe (shih. Fig.14.11); dy topa të ngarkuar në mënyrë të ngjashme (shih. Fig.14.12); dy pllaka ngarkesat e të cilave janë të barabarta në madhësi dhe të kundërta në shenjë (shih. Fig.14.13). Shembulli i fundit sidomos Figura 14.13 tregon se në hapësirën ndërmjet pllakave më afër mesit, vijat e forcës janë paralele: fusha elektrike këtu është e njëjtë në të gjitha pikat.

Një fushë elektrike, forca e së cilës është e njëjtë në të gjitha pikat e hapësirës quhet homogjene. NË zonë e kufizuar hapësirë, fusha elektrike mund të konsiderohet përafërsisht uniforme nëse forca e fushës brenda këtij rajoni ndryshon pak.
Paraqitet një fushë elektrike uniforme vijat paralele, ndodhet ne distanca të barabarta nga njeri tjetri.
Linjat e fushës elektrike nuk janë të mbyllura, ato fillojnë me ngarkesa pozitive dhe përfundojnë me ato negative. Linjat e forcës janë të vazhdueshme dhe nuk kryqëzohen, pasi kryqëzimi do të nënkuptonte mungesën e një drejtimi specifik të forcës së fushës elektrike në një pikë të caktuar.
Fusha e një topi të ngarkuar. Le të shqyrtojmë tani çështjen e fushës elektrike të një topi të ngarkuar përcjellës me një rreze R. Ngarkimi q shpërndahet në mënyrë të barabartë në sipërfaqen e topit. Linjat e fushës elektrike, siç vijon nga konsideratat e simetrisë, drejtohen përgjatë zgjatimeve të rrezeve të topit ( Fig. 14.14, a).

Shënim! Fuqia vijat jashtë topit shpërndahen në hapësirë ​​saktësisht në të njëjtën mënyrë si vijat e fushës së një ngarkese me pikë ( Fig.14.14, b). Nëse modelet e linjave të fushës përkojnë, atëherë mund të presim që fuqitë e fushës gjithashtu të përkojnë. Prandaj, në distancë r>R nga qendra e topit, forca e fushës përcaktohet me të njëjtën formulë (14.9) si forca e fushës së një ngarkese pikë të vendosur në qendër të sferës:

) forca e fushës është zero. Së shpejti do ta shohim këtë. Figura 14.14c tregon varësinë e fuqisë së fushës elektrike të një topi përçues të ngarkuar nga distanca në qendrën e tij.
Fotografia e linjave të forcës tregon qartë drejtimin e forcës së fushës elektrike në pika të ndryshme të hapësirës. Duke ndryshuar densitetin e vijave, mund të gjykohet ndryshimi i modulit të forcës së fushës kur lëviz nga një pikë në tjetrën.

???
1. Si quhen linjat e fushës elektrike?
2. Në të gjitha rastet, a përputhet trajektorja e një grimce të ngarkuar me vijën e fushës?
3. A mund të kryqëzohen vijat e forcës?
4. Sa është forca e fushës së një topi përcjellës të ngarkuar?

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, klasa e 10-të e fizikës

Përmbajtja e mësimit shënimet e mësimit Mbështetja e prezantimit të mësimit në kuadër të metodave të përshpejtimit teknologjitë interaktive Praktikoni detyra dhe ushtrime punëtori për vetëtestim, trajnime, raste, kërkime pyetje diskutimi për detyra shtëpie pyetje retorike nga nxënësit Ilustrime audio, videoklipe dhe multimedia fotografi, foto, grafika, tabela, diagrame, humor, anekdota, shaka, komike, shëmbëlltyra, thënie, fjalëkryqe, citate Shtesa abstrakte artikuj truke për krevat kureshtarë tekste mësimore fjalor termash bazë dhe plotësues të tjera Përmirësimi i teksteve dhe mësimevekorrigjimi i gabimeve në tekstin shkollor përditësimi i një fragmenti në një tekst shkollor, elemente të inovacionit në mësim, zëvendësimi i njohurive të vjetruara me të reja Vetëm për mësuesit leksione perfekte plani kalendar për vitin; Mësime të integruara

Nëse keni korrigjime ose sugjerime për këtë mësim,

« Fizikë - klasa e 10-të"

Cili është ndërmjetësi që kryen ndërveprimin e akuzave?
Si të përcaktohet se cila nga dy fushat është më e fortë? Sugjeroni mënyra për të krahasuar fushat.

Forca e fushës elektrike.

Një fushë elektrike zbulohet nga forcat që veprojnë në një ngarkesë. Mund të argumentohet se ne dimë gjithçka që na nevojitet për fushën nëse dimë forcën që vepron në çdo ngarkesë në çdo pikë të fushës. Prandaj, është e nevojshme të prezantohet një karakteristikë e fushës, njohja e së cilës do të na lejojë të përcaktojmë këtë forcë.

Nëse vendosni trupa të vegjël të ngarkuar në mënyrë alternative në të njëjtën pikë në fushë dhe matni forcat, do të zbuloni se forca që vepron mbi ngarkesën nga fusha është drejtpërdrejt proporcionale me këtë ngarkesë. Në të vërtetë, le të krijohet fusha nga një ngarkesë pikë q 1. Sipas ligjit të Kulombit (14.2), një ngarkesë pikësore q veprohet nga një forcë proporcionale me ngarkesën q. Prandaj, raporti i forcës që vepron në një ngarkesë të vendosur në një pikë të caktuar të fushës me këtë ngarkesë për secilën pikë të fushës nuk varet nga ngarkesa dhe mund të konsiderohet si karakteristikë e fushës.

Raporti i forcës që vepron në një ngarkesë pikë të vendosur në një pikë të caktuar të fushës me këtë ngarkesë quhet forca e fushës elektrike.

Ashtu si forca, forca e fushës është sasia vektoriale; shënohet me shkronjën:

Prandaj forca që vepron në ngarkesën q nga fusha elektrike është e barabartë me:

P. (14.8)

Drejtimi i vektorit përkon me drejtimin e forcës që vepron në ngarkesën pozitive dhe është i kundërt me drejtimin e forcës që vepron në ngarkesën negative.

Njësia e tensionit në SI është N/Cl.

Linjat e fushës elektrike.

Fusha elektrike nuk ndikon në shqisat. Ne nuk e shohim atë. Megjithatë, ne mund të kemi njëfarë ideje për shpërndarjen e fushës nëse vizatojmë vektorë të forcës së fushës në disa pika në hapësirë ​​(Fig. 14.9a). Fotografia do të jetë më e qartë nëse vizatoni vija të vazhdueshme.

Vijat tangjenta e të cilave në çdo pikë përkon me vektorin e forcës së fushës elektrike quhen linjat e energjisë ose linjat e fuqisë së fushës(Fig. 14.9, b).

Drejtimi i vijave të fushës ju lejon të përcaktoni drejtimin e vektorit të intensitetit në pika të ndryshme të fushës, dhe dendësia (numri i linjave për njësi sipërfaqe) të linjave të fushës tregon se ku është më e madhe forca e fushës. Pra, në figurat 14 10-14.13 dendësia e vijave të fushës në pikat A është më e madhe se në pikat B. Natyrisht, A > B.

Nuk duhet menduar se linjat e tensionit ekzistojnë në të vërtetë si fije elastike ose litarë të shtrirë, siç supozoi vetë Faraday. Linjat e tensionit ndihmojnë vetëm për të vizualizuar shpërndarjen e fushës në hapësirë. Ata nuk janë më realë se meridianët dhe paralelet në glob.

Linjat e fushës mund të bëhen të dukshme. Nëse kristalet e zgjatura të një izoluesi (për shembull, kinina) përzihen mirë në një lëng viskoz (për shembull, vaj kastori) dhe trupat e ngarkuar vendosen atje, atëherë pranë këtyre trupave kristalet do të rreshtohen në zinxhirë përgjatë vijave të tensionit.

Shifrat tregojnë shembuj të linjave të tensionit: një top i ngarkuar pozitivisht (shih Fig. 14.10), dy topa me ngarkesë të kundërt (shih Fig. 14.11), dy topa të ngarkuar në mënyrë të ngjashme (shih Fig. 14.12), dy pllaka ngarkesat e të cilave janë të barabarta në madhësi dhe të kundërta në shenjë (shih Fig. 14.13). Shembulli i fundit është veçanërisht i rëndësishëm.

Figura 14.13 tregon se në hapësirën ndërmjet pllakave vijat e forcës janë kryesisht paralele dhe të vendosura në distanca të barabarta nga njëra-tjetra: fusha elektrike këtu është e njëjtë në të gjitha pikat.

Një fushë elektrike, forca e së cilës është e njëjtë në të gjitha pikat quhet homogjene.

Në një rajon të kufizuar të hapësirës, ​​fusha elektrike mund të konsiderohet afërsisht uniforme nëse forca e fushës brenda këtij rajoni ndryshon pak.

Linjat e fushës elektrike nuk janë të mbyllura, ato fillojnë me ngarkesa pozitive dhe përfundojnë me ato negative. Linjat e forcës janë të vazhdueshme dhe nuk kryqëzohen, pasi kryqëzimi do të nënkuptonte mungesën e një drejtimi specifik të forcës së fushës elektrike në një pikë të caktuar.