Elektrik yüklerinin birbirini doğrudan etkilemediği uzun zamandır bilinmektedir. Tüm yüklü cisimleri çevreleyen alanda eylem gözlemlenir Elektrik alanı. Böylece yüklerin etrafında bulunan alanlar arasında etkileşim meydana gelir. Her alanın, yükü etkileyen belirli bir kuvveti vardır. Bu yetenek herkesin temel özelliğidir.
Elektrik alan parametrelerinin belirlenmesi
Yüklü bir nesnenin etrafında bulunan elektrik alanının incelenmesi, test yükü adı verilen kullanılarak gerçekleştirilir. Tipik olarak bu puan ücreti büyüklüğü çok önemsizdir ve incelenen ana yükü hiçbir şekilde gözle görülür şekilde etkileyemez.
Daha fazlası için kesin tanım elektrik alanının niceliksel parametreleri, özel bir değer oluşturulmuştur. Bu güç karakteristiği Adını elektrik alan kuvveti şeklinde almıştır.
Alan gücü sabit bir fiziksel niceliktir. Değeri, uzayda belirli bir noktada bulunan pozitif bir test yüküne etki eden alan kuvvetinin, bu test yükünün değerine oranına eşittir.
Gerilim vektörü - ana karakteristik
Yoğunluğun temel özelliği elektrik alan yoğunluk vektörüdür. Böylece, bu karakteristik vektörel bir fiziksel niceliktir. Herhangi uzaysal nokta, gerilim vektörü uygulanan kuvvetle aynı yönde yönlendirilir 
pozitif test yükü üzerindeki etkisi. Sabit masraflar Zamanla değişmeyen elektrostatik elektrik alanı vardır.
Birkaç yüklü cisim tarafından aynı anda oluşturulan bir elektrik alanının incelenmesi durumunda, genel güç test yüküne etki eden yüklü her bir cismin kuvvetlerinin geometrik toplamından oluşacaktır.
Sonuç olarak, elektrik alan şiddeti vektörü aşağıdakilerden oluşur: toplam tutar Her noktada bireysel yüklerin yarattığı tüm alanların kuvvetinin vektörleri.
Elektrik alan çizgileri görsel grafik temsilini temsil eder. Her noktadaki gerilim vektörü, kuvvet çizgilerine göre konumlanan teğete doğru yönlendirilir. Güç hatlarının sayısı, elektrik alan şiddeti vektörünün büyüklüğü ile orantılıdır.
Gerilim vektör akışı
1 .İki çeşit elektrik yükü ve özellikleri. En küçük bölünmez elektrik şarjı. Elektrik yüklerinin korunumu kanunu. Coulomb yasası. Şarj birimi. Elektrostatik alan. Alan tespit yöntemi. Bir karakteristik olarak gerilim elektrostatik alan
. Gerilim vektörü, yönü. Bir nokta yükünün elektrik alan kuvveti. Gerginlik üniteleri. Alanların süperpozisyonu ilkesi. - Elektrik şarjı
miktar değişmez, yani referans çerçevesine bağlı değildir ve bu nedenle yükün hareket halinde mi yoksa hareketsiz mi olduğuna bağlı değildir. iki tür (tür) elektrik yükü
: Pozitif yükler ve negatif yükler.
Benzer yüklerin birbirini ittiği, farklı yüklerin ise birbirini çektiği deneysel olarak kanıtlanmıştır.
Elektriksel olarak nötr bir cisim eşit sayıda pozitif ve negatif yüke sahip olmalıdır, ancak bunların vücut hacmi boyunca dağılımı aynı olmalıdır. : El'in korunumu yasası. şarj
elektriğin cebirsel toplamı. Herhangi bir kapalı sistemin (harici ısıyla yük alışverişi yapmayan bir sistem) yükleri, bu sistem içinde hangi işlemler meydana gelirse gelsin değişmeden kalır.
Elek. yükler kendiliğinden yaratılmaz ve ortaya çıkmaz, yalnızca ayrılarak bir vücuttan diğerine aktarılabilirler. Var en küçük yüke temel yük deniyordu - -19 bu bir elektronun sahip olduğu yüktür ve cisimdeki yük bu temel yükün katıdır: e=1,6*10 Cl . Olumsuz temel yük
elektronla ilişkilidir ve pozitif olan, yükü ve kütlesi niceliksel olarak elektronun yükü ve kütlesiyle çakışan pozitronla ilişkilidir. Ancak pozitron ömrünün kısa olması nedeniyle cisimlerde bulunmazlar ve dolayısıyla cisimlerin pozitif veya negatif yükü cisimlerdeki elektronların azlığı veya fazlalığı ile açıklanır. Coulomb yasası: g, q 1 ve q 2 yükleri arasındaki mesafedir, k, fiziksel birimler sisteminin seçimine bağlı olarak orantı katsayısıdır.
m/F, a =8,85*10 -12 F/m - dielektrik sabiti
Noktasal yük, doğrusal boyutları aralarındaki mesafelere göre küçük olan cisimler üzerinde yoğunlaşan yükler olarak anlaşılmalıdır.
Bu durumda yük, içinden geçen elektrik miktarı olan coulomb cinsinden ölçülür. enine kesit 1 amperlik akımı bir saniyede ileten iletken.
F kuvveti, yükleri birleştiren düz çizgi boyunca yönlendirilir; dır-dir merkezi kuvvet ve çekime karşılık gelir (F<0) в случае разноименных зарядов и отталкиванию (F>0) aynı isimdeki suçlamalar durumunda. Bu kuvvete denir Coulomb kuvveti.
Faraday'ın daha sonraki araştırması şunu gösterdi: elektriksel etkileşim Yüklü cisimler arasındaki etkileşim, bu etkileşimlerin meydana geldiği ortamın özelliklerine bağlıdır.
Dersin amacı: Alanın herhangi bir noktasındaki elektrik alan kuvveti kavramını ve tanımını verir.
Dersin Hedefleri:
- elektrik alan kuvveti kavramının oluşumu; gerilim çizgileri hakkında bir fikir vermek ve grafik gösterimi Elektrik alanı;
- Öğrencilere, gerilim hesaplamaya ilişkin basit problemlerin çözümünde E=kq/r 2 formülünü uygulamayı öğretin.
Elektrik alanı özel şekil Varlığı ancak eylemiyle değerlendirilebilen madde. Etrafında kuvvet çizgileri ile karakterize edilen elektrik alanlarının bulunduğu iki tür yükün olduğu deneysel olarak kanıtlanmıştır.
Alanı grafiksel olarak tasvir ederken, elektrik alan kuvvet çizgilerinin şu şekilde olduğu unutulmamalıdır:
- hiçbir yerde birbirleriyle kesişmeyin;
- başla pozitif yük(veya sonsuzda) ve sonu negatifte (veya sonsuzda), yani bunlar açık çizgilerdir;
- şarjlar arasında hiçbir yerde kesintiye uğramaz.
Şekil 1
Pozitif yük hatları:
İncir. 2
Negatif yük hatları:
Şek. 3
Aynı adı taşıyan etkileşimli yüklerin alan çizgileri:
Şekil 4
Etkileşen farklı yüklerin alan çizgileri:
Şekil 5
Elektrik alanının kuvvet özelliği, E harfi ile gösterilen ve ölçü birimlerine sahip olan yoğunluktur. Gerginlik vektör miktarı Coulomb kuvvetinin birim pozitif yükün değerine oranıyla belirlendiğinden
Coulomb kanun formülünü ve yoğunluk formülünü dönüştürmenin bir sonucu olarak, alan kuvvetinin belirli bir yüke göre belirlendiği mesafeye bağımlılığını elde ederiz.
Nerede: k– değeri elektrik yükü birimlerinin seçimine bağlı olan orantı katsayısı.
SI sisteminde 
Nm2 / Cl2,
burada ε 0, 8,85·10-12 C2/Nm2'ye eşit elektrik sabitidir;
q – elektrik yükü (C);
r, şarjdan voltajın belirlendiği noktaya kadar olan mesafedir.
Gerilim vektörünün yönü Coulomb kuvvetinin yönü ile çakışmaktadır.
Uzayın her noktasında şiddeti aynı olan elektrik alanına düzgün denir. İÇİNDE sınırlı alan Uzayda, bu bölgedeki alan kuvveti biraz değişirse, elektrik alanın yaklaşık olarak düzgün olduğu düşünülebilir.
Etkileşen birkaç yükün toplam alan gücü şuna eşit olacaktır: geometrik toplam alan süperpozisyonu ilkesi olan gerilim vektörleri:
Gerilimi belirleyen birkaç durumu ele alalım.
1. İki zıt yükün etkileşmesine izin verin. Aralarına bir nokta pozitif yük yerleştirelim, o zaman bu noktada aynı yöne yönlendirilmiş iki voltaj vektörü olacaktır:
Alan süperpozisyonu ilkesine göre, belirli bir noktadaki toplam alan gücü, E 31 ve E 32 güç vektörlerinin geometrik toplamına eşittir.
Belirli bir noktadaki gerilim aşağıdaki formülle belirlenir:
E = kq 1 /x 2 + kq 2 /(r – x) 2
burada: r – birinci ve ikinci yük arasındaki mesafe;
x, ilk yük ile nokta yük arasındaki mesafedir.
Şekil 6
2. İkinci yükten a mesafesindeki bir noktada voltajı bulmanın gerekli olduğu durumu düşünün. İlk yükün alanının ikinci yükün alanından daha büyük olduğunu dikkate alırsak, alanın belirli bir noktasındaki yoğunluk, E 31 ve E 32 yoğunluklarındaki geometrik farka eşittir.
Belirli bir noktadaki gerilimin formülü:
E = kq1/(r + a) 2 – kq 2 /a 2
Burada: r – etkileşen yükler arasındaki mesafe;
a, ikinci yük ile nokta yükü arasındaki mesafedir.
Şekil 7
3. Hem birinci hem de ikinci yükten belirli bir mesafede alan gücünü belirlemenin gerekli olduğu bir örneği düşünün. bu durumda birinci yükten r kadar uzakta ve ikinci yükten b kadar uzakta. Benzer yükler birbirini ittiğinden ve farklı yükler birbirini çektiğinden, bir noktadan çıkan iki gerilim vektörümüz var, o zaman bunları eklemek için bu yöntemi kullanabiliriz; paralelkenarın zıt açısı toplam gerilim vektörü olacaktır. Cebirsel toplam Pisagor teoreminden vektörler buluyoruz:
E = (E 31 2 + E 32 2) 1/2
Buradan:
E = ((kq 1 /r 2) 2 + (kq 2 /b 2) 2) 1/2
Şekil 8
Bu çalışmaya dayanarak, alandaki herhangi bir noktadaki yoğunluğun, etkileşen yüklerin büyüklüğü, her bir yükün belirli bir noktaya olan uzaklığı ve elektrik sabiti bilinerek belirlenebileceği anlaşılmaktadır.
4. Konunun pekiştirilmesi.
Doğrulama çalışması.
Seçenek 1.
1. Şu ifadeye devam edin: “elektrostatik...
2. İfadeye devam edin: bir elektrik alanı….
3. Nasıl yönlendiriliyorlar Güç hatları Bu suçlamanın gerilimi?
4. Yüklerin işaretlerini belirleyin:
Ev ödevi görevleri:
1. İki yük q 1 = +3·10 -7 C ve q 2 = −2·10 -7 C, birbirlerinden 0,2 m uzaklıkta bir boşlukta bulunmaktadır. Yükleri birleştiren çizgi üzerinde, yük q2'nin 0,05 m sağında bulunan C noktasındaki alan kuvvetini belirleyin.
2. Alanın belirli bir noktasında 5·10 -9 C'lik bir yüke 3·10 -4 N'lik bir kuvvet etki etmektedir. Bu noktadaki alan kuvvetini bulun ve alanı oluşturan yükün büyüklüğünü belirleyin. nokta ondan 0,1 m uzaktaysa.
Talimatlar
Bir elektrik alanında ise ücret oluşturuldu Q, başka bir Q0 yükü yerleştirin, o zaman belli bir kuvvetle ona etki edecektir. Buna elektrik alan kuvveti E denir. Alanın uzayda belirli bir noktada pozitif elektrik yükü Q0'a etki ettiği F kuvvetinin bu yükün değerine oranıdır: E = F/Q0.
Bağlı olarak belirli nokta uzayda, E = E (x, y, z, t) formülüyle ifade edilen E alan kuvvetinin değeri değişebilir. Bu nedenle elektrik alan kuvveti bir vektördür fiziksel özellikler.
Alan kuvveti, bir nokta yüke etki eden kuvvete bağlı olduğundan, elektrik alan kuvveti vektörü E, kuvvet vektörü F ile aynıdır. Coulomb yasasına göre, iki yüklü parçacığın bir boşlukta etkileşime girdiği kuvvet, yön boyunca yönlendirilir. bu suçlamaları birbirine bağlayan şey.
Konuyla ilgili video
Nesneler vektör cebiri modül adı verilen yön ve uzunluğa sahip düz çizgi parçalarıdır. Belirlemek, birsey belirlemek modül vektör, kaldırılmalı Kare kök koordinat eksenlerine izdüşümlerinin karelerinin toplamını temsil eden bir miktardan.
Talimatlar
Vektörler iki temel özellik ile karakterize edilir: uzunluk ve yön. Uzunluk vektör veya norm ve temsil eder skaler değer, başlangıç noktasından bitiş noktasına olan mesafe. Her ikisi de çeşitli eylemleri grafiksel olarak temsil etmek için kullanılır; Fiziksel gücü, hareketler temel parçacıklar vesaire.
Konum vektör iki boyutlu veya üç boyutlu uzayözelliklerini etkilemez. Başka bir yere taşırsanız yalnızca uçlarının koordinatları değişecektir, ancak modül ve yön aynı kalacaktır. Bu bağımsızlık, vektör cebirinin, örneğin uzaysal çizgiler ve düzlemler arasındaki açılar gibi çeşitli hesaplamalarda kullanılmasına olanak tanır.
Her vektör, uçlarının koordinatları ile belirtilebilir. Önce iki boyutlu uzayı ele alalım: başlayalım vektör A (1, -3) noktasında ve B (4, -5) noktasındadır. İzdüşümlerini bulmak için x eksenine dik açılar bırakın ve ordinat verin.
Kendinize dair projeksiyonları belirleyin vektörАВх = (xb - xa) = 3; ABy = (yb - ya) = -2, burada: ABx ve ABy projeksiyonlardır. vektör Ox ve Oy ekseninde xa ve xb, A ve B noktalarının apsisleridir; ya ve yb karşılık gelen koordinatlardır.
Grafiksel görüntüde göreceksiniz dik üçgen uzunlukları olan bacaklardan oluşan, projeksiyonlara eşit vektör. Bir üçgenin hipotenüsü hesaplanması gereken miktardır, yani. modül vektör. Pisagor teoremini uygulayın: |AB|² = ABx² + ABy² → |AB| = √((xb - xa)² + (yb – ya)²) = √13.
Ele alınan örnekte za = 3, zb = 8 olsun, o zaman: zb – za = 5;|AB| = √(9 + 4 + 25) = √38.
Konuyla ilgili video
Noktasal yüklerin modülünü belirlemek için aynı boyutta, etkileşimlerinin kuvvetini ve aralarındaki mesafeyi ölçün ve bir hesaplama yapın. Bireysel olarak bir şarj modülü bulmanız gerekiyorsa nokta cisimleri bunları bilinen kuvvetteki bir elektrik alanına sokun ve alanın bu yüklere etki ettiği kuvveti ölçün.
Herhangi bir kuvveti veya etkileşimi nasıl tespit ederiz? Çarpmanın sonucuna göre. Topa vurduk ve topun hızı değişti. Toprak bizi çeker; ayaklarımızla itip uzaklaşamayız, her zaman geri ineriz. Maalesef:)
Yani elektrik alanının sadece var olduğunu bilmek yeterli değildir; etkisinin sonucunu tanımlayacak bazı özelliklerini bulmak da gereklidir.
Alanın yükü etkilediğini biliyoruz. Aslında elektrik alanını ancak yük üzerindeki etkisiyle tespit edebiliriz. Buna göre, bu etkinin gücünü karakterize eden bir değer ortaya koymalıyız.
Elektrik alanının bir özelliği olarak gerilim
Çeşitli yükleri sabit bir elektrik alanına yerleştirirken, yüke etki eden kuvvetin büyüklüğünün her zaman bu yükün büyüklüğüyle doğru orantılı olduğunu keşfetmek mümkün oldu.
Coulomb yasasına göre her şey doğrudur. Sonuçta, alan q_1 yükü tarafından yaratılmıştır, dolayısıyla sabit bir q_1 yükü değeriyle, onun tarafından oluşturulan alan, içine yerleştirilen q_2 yüküne etki edecektir. Coulomb kuvveti, büyüklükle orantılı q_2'yi şarj edin.
Dolayısıyla içine yerleştirilen bir yüke etki eden alan kuvvetinin bu yüke oranı, bu alanı oluşturan yükün büyüklüğünden bağımsız bir değer olacaktır.
Bu değer alanın bir özelliği olarak kabul edilebilir. Buna elektrik alan kuvveti adı verildi:
burada E elektrik alan kuvvetidir, F noktasal yüke etki eden kuvvettir, q alana yerleştirilen yüktür.
Alan kuvveti miktar vektördür, alanın herhangi bir noktasındaki yoğunluk vektörü her zaman bu noktayı ve alana yerleştirilen yükü birleştiren düz çizgi boyunca yönlendirilir. Gerilim vektörü her zaman yüke etki eden kuvvet vektörü ile aynı doğrultudadır.
Alan süperpozisyonu ilkesi
Vücudun birkaç durumdan etkilendiğini biliyoruz. çeşitli kuvvetler, amaçlı farklı taraflar ise bu kuvvetlerin sonucu geometrik toplamlarına eşit olacaktır: F =F_1+F_2+...+F_n.
Bu kuvvetin etki yönü vektör toplama kuralı ile belirlenir. Birkaç elektrik alanının etki bölgesinde bir yükümüz olması durumunda, üzerine birkaç kuvvet etki edecektir.
Her bir kuvvetin büyüklüğü ve yönü, her alanın gücüne ayrı ayrı bağlı olacaktır. Bu kuvvetlerin sonucu, bir cisimde olduğu gibi geometrik toplamlarına eşit olacaktır.
Yükümüz için ortaya çıkan alan kuvvetinin, bu noktada mevcut olan tüm alanların kuvvetlerinin toplamı olacağını varsaymak mantıklıdır. Alan süperpozisyonu ilkesinin özü budur.
Bu prensip deneysel olarak doğrulanmıştır: Uzayda belirli bir noktada çeşitli yüklü parçacıklar, güçleri E_1, E_2,…, E_n olan elektrik alanları yaratırsa, o zaman bu noktada ortaya çıkan alan gücü, bu alanların güçlerinin toplamına eşittir. .
