Тодорхойлолт 1

Электростатик нь тодорхой системд амарч байгаа цахилгаан цэнэгтэй биетүүдийг судалж, дүрсэлдэг электродинамикийн өргөн хүрээтэй салбар юм.

Практикт хоёр төрлийн цахилгаан статик цэнэг байдаг: эерэг (торгон дээрх шил) ба сөрөг (ноосон дээрх хатуу резин). Энгийн цэнэг нь хамгийн бага төлбөр ($e = 1.6 ∙10^( -19)$ C). Аливаа физик биеийн цэнэг нь бүхэл тооны үржвэр юм энгийн төлбөр: $q = Шинэ $.

Материаллаг биетүүдийг цахилгаанжуулах нь биетүүдийн хоорондох цэнэгийг дахин хуваарилах явдал юм. Цахилгаанжуулалтын аргууд: хүрэлцэх, үрэлт, нөлөөлөл.

Цахилгаан эерэг цэнэгийн хадгалалтын хууль - хаалттай үзэл баримтлалд бүх элементийн бөөмсийн цэнэгийн алгебрийн нийлбэр тогтвортой, өөрчлөгдөөгүй хэвээр байна. $q_1 + q _2 + q _3 + …..+ q_n = const$. Энэ тохиолдолд туршилтын цэнэг нь цэгийн эерэг цэнэг юм.

Кулоны хууль

Энэ хуулийг 1785 онд туршилтаар тогтоосон. Энэ онолын дагуу орчин дахь тайван байдалд байгаа хоёр цэгийн цэнэгийн харилцан үйлчлэлийн хүч нь эерэг модулиудын үржвэртэй үргэлж шууд пропорциональ бөгөөд тэдгээрийн хоорондох нийт зайны квадраттай урвуу пропорциональ байна.

Тогтвортой цахилгаан цэнэгүүдийн хооронд харилцан үйлчилж, цэнэгийн эргэн тойронд үүсдэг, зөвхөн цэнэгүүдэд нөлөөлдөг өвөрмөц төрлийн матери бол цахилгаан орон юм.

Цэгтэй төстэй хөдөлгөөнгүй элементүүдийн энэхүү үйл явц нь Ньютоны 3-р хуулийг бүрэн дагаж мөрддөг бөгөөд бөөмсүүд бие биенээ ижил хүчээр түлхэж байгаа үр дүн гэж үздэг. Электростатик дахь тогтвортой цахилгаан цэнэгүүдийн хоорондын хамаарлыг Кулоны харилцан үйлчлэл гэж нэрлэдэг.

Кулоны хууль нь цэнэглэгдсэн материаллаг биетүүд, жигд цэнэглэгдсэн бөмбөг, бөмбөрцөгт бүрэн шударга бөгөөд үнэн зөв байдаг. Энэ тохиолдолд зайг голчлон орон зайн төвүүдийн параметр болгон авдаг. Практикт цэнэглэгдсэн биетүүдийн хэмжээ нь тэдгээрийн хоорондох зайнаас хамаагүй бага байвал энэ хууль сайн бөгөөд хурдан биелдэг.

Тайлбар 1

Цахилгаан орон дээр дамжуулагч ба диэлектрикүүд бас ажилладаг.

Эхнийх нь чөлөөт цахилгаан соронзон цэнэг тээвэрлэгч агуулсан бодисуудыг төлөөлдөг. Дамжуулагчийн дотор электронуудын чөлөөт хөдөлгөөн үүсч болно. Эдгээр элементүүдэд уусмал, металл ба төрөл бүрийн электролитийн хайлмал, хамгийн тохиромжтой хий, плазм орно.

Диэлектрик нь чөлөөт цахилгаан цэнэг тээвэрлэгч байж болохгүй бодис юм. Диэлектрик доторх электронуудын чөлөөтэй хөдөлгөөн нь боломжгүй, учир нь тэдгээрээр цахилгаан гүйдэл урсдаггүй. Эдгээр физик хэсгүүд нь диэлектрик нэгжтэй тэнцүү биш нэвчилттэй байдаг.

Цахилгаан шугам ба цахилгаан статик

Эхний цахилгаан талбайн хүч чадлын шугамууд нь тасралтгүй шугамууд бөгөөд тэдгээрт дамжих орчин бүр дэх шүргэгч цэгүүд нь хурцадмал тэнхлэгтэй бүрэн давхцдаг.

Цахилгаан шугамын үндсэн шинж чанарууд:

• огтлолцохгүй байх;
• хаалттай биш;
• тогтвортой;
• эцсийн чиглэл нь векторын чиглэлтэй давхцдаг;
• $+ q$-аас эхлэх эсвэл хязгааргүйд, $– q$-д төгсөх;
• цэнэгийн ойролцоо үүсдэг (хүчдэл ихтэй үед);
• үндсэн дамжуулагчийн гадаргуутай перпендикуляр.

Тодорхойлолт 2

Цахилгаан потенциалын зөрүү буюу хүчдэл (Ф эсвэл $U$) нь эерэг цэнэгийн траекторийн эхлэл ба төгсгөлийн цэгүүдийн потенциалын хэмжээ юм. Замын сегментийн дагуу боломжит өөрчлөлт бага байх тусам талбайн хүч бага байх болно.

Цахилгаан орны хүч нь үргэлж анхны потенциалыг бууруулахад чиглэгддэг.

Зураг 2. Цахилгаан цэнэгийн системийн боломжит энерги. Author24 - оюутны ажлын онлайн солилцоо

Цахилгаан хүчин чадал нь аливаа дамжуулагч өөрийн гадаргуу дээр шаардлагатай цахилгаан цэнэгийг хуримтлуулах чадварыг тодорхойлдог.

Энэ параметр нь цахилгаан цэнэгээс хамаардаггүй боловч дамжуулагчийн геометрийн хэмжээсүүд, тэдгээрийн хэлбэр, элементүүдийн хоорондох орчны байршил, шинж чанарт нөлөөлж болно.

Конденсатор нь цахилгаан цэнэгийг хэлхээнд хурдан хуримтлуулахад тусалдаг бүх нийтийн цахилгаан төхөөрөмж юм.

Цахилгаан орон ба түүний эрчим

By орчин үеийн санаануудЭрдэмтэд, тогтвортой цахилгаан цэнэгүүд бие биедээ шууд нөлөөлдөггүй. Цахилгаан статик дахь цэнэглэгдсэн физик бие бүр хүрээлэн буй орчинд цахилгаан орон үүсгэдэг. Энэ үйл явц нь бусад цэнэглэгдсэн бодисуудад хүчтэй нөлөө үзүүлдэг. Цахилгаан орны гол шинж чанар нь цэгийн цэнэг дээр тодорхой хүчээр үйлчилдэгт оршино. Тиймээс эерэг цэнэгтэй хэсгүүдийн харилцан үйлчлэл нь цэнэглэгдсэн элементүүдийг тойрсон талбаруудаар дамжин явагддаг.

Энэ үзэгдлийг туршилтын цэнэг гэж нэрлэгддэг цахилгаан цэнэгийг ашиглан судалж болно - судалж буй цэнэгийг дахин хуваарилдаггүй жижиг цахилгаан цэнэг. Талбайг тоон байдлаар тодорхойлохын тулд эрчим хүчний шинж чанарыг нэвтрүүлсэн - цахилгаан талбайн хүч.

Хүчдэл гэдэг нь тухайн талбайн өгөгдсөн цэг дээр байрлуулсан туршилтын цэнэг дээр ажиллаж буй талбайн хүчийг цэнэгийн өөрийнх нь хэмжээтэй харьцуулсан харьцаатай тэнцүү физик үзүүлэлт юм.

Цахилгаан талбайн хүч нь вектор физик хэмжигдэхүүн юм. Энэ тохиолдолд векторын чиглэл нь эргэн тойрны орон зайн материаллаг цэг бүрт эерэг цэнэг дээр үйлчлэх хүчний чиглэлтэй давхцдаг. Цаг хугацааны явцад өөрчлөгддөггүй, хөдөлгөөнгүй байдаг элементүүдийн цахилгаан орон нь цахилгаан статик гэж тооцогддог.

Цахилгаан талбарыг ойлгохын тулд систем бүрийн хурцадмал байдлын гол тэнхлэгийн чиглэл нь тухайн цэгт хүрэх шүргэлтийн чиглэлтэй давхцаж байхаар зурсан хүчний шугамыг ашигладаг.

Электростатик дахь боломжит ялгаа

Электростатик талбар нь нэг чухал шинж чанарыг агуулдаг: цэгийн цэнэгийг талбайн нэг цэгээс нөгөө цэг рүү шилжүүлэхэд бүх хөдөлж буй бөөмсийн хүчээр гүйцэтгэсэн ажил нь траекторийн чиглэлээс хамаардаггүй, зөвхөн тэнхлэгийн байрлалаар тодорхойлогддог. эхний ба эцсийн мөрүүд ба цэнэгийн параметр.

Ажлын цэнэгийн хөдөлгөөний хэлбэрээс хараат бус байдлын үр дүн нь дараахь мэдэгдэл юм: аливаа хаалттай траекторийн дагуу цэнэгийг хувиргах үед электростатик талбайн хүчний функциональ үргэлж тэгтэй тэнцүү байна.

Зураг 4. Цахилгаан статик талбайн потенциал. Author24 - оюутны ажлын онлайн солилцоо

Электростатик талбайн боломжийн шинж чанар нь потенциал ба дотоод цэнэгийн энергийн тухай ойлголтыг нэвтрүүлэхэд тусалдаг. Мөн талбайн боломжит энергийг энэ цэнэгийн утгатай харьцуулсан физик параметрийг цахилгаан орны тогтмол потенциал гэж нэрлэдэг.

Электростатикийн олон нарийн төвөгтэй асуудлуудад боломжит энергийн хэмжээ болон потенциал нь өөрөө тэг болж байгаа лавлах материалын цэгийн потенциалыг тодорхойлохдоо хязгааргүй цэгийг ашиглах нь тохиромжтой байдаг. Энэ тохиолдолд потенциалын ач холбогдлыг дараах байдлаар тодорхойлно: орон зайн аль ч цэг дэх цахилгаан орны потенциал нь өгөгдсөн системээс эерэг нэгж цэнэгийг хязгааргүй хүртэл арилгах үед дотоод хүчний гүйцэтгэх ажилтай тэнцүү байна.

Тодорхойлолт 1

Электростатик нь тодорхой системд амарч байгаа цахилгаан цэнэгтэй биетүүдийг судалж, дүрсэлдэг электродинамикийн өргөн хүрээтэй салбар юм.

Практикт хоёр төрлийн цахилгаан статик цэнэг байдаг: эерэг (торгон дээрх шил) ба сөрөг (ноосон дээрх хатуу резин). Энгийн цэнэг нь хамгийн бага төлбөр ($e = 1.6 ∙10^( -19)$ C). Аливаа физик биеийн цэнэг нь бүхэл тооны энгийн цэнэгийн үржвэр юм: $q = Ne$.

Материаллаг биетүүдийг цахилгаанжуулах нь биетүүдийн хоорондох цэнэгийг дахин хуваарилах явдал юм. Цахилгаанжуулалтын аргууд: хүрэлцэх, үрэлт, нөлөөлөл.

Цахилгаан эерэг цэнэгийн хадгалалтын хууль - хаалттай үзэл баримтлалд бүх элементийн бөөмсийн цэнэгийн алгебрийн нийлбэр тогтвортой, өөрчлөгдөөгүй хэвээр байна. $q_1 + q _2 + q _3 + …..+ q_n = const$. Энэ тохиолдолд туршилтын цэнэг нь цэгийн эерэг цэнэг юм.

Кулоны хууль

Энэ хуулийг 1785 онд туршилтаар тогтоосон. Энэ онолын дагуу орчин дахь тайван байдалд байгаа хоёр цэгийн цэнэгийн харилцан үйлчлэлийн хүч нь эерэг модулиудын үржвэртэй үргэлж шууд пропорциональ бөгөөд тэдгээрийн хоорондох нийт зайны квадраттай урвуу пропорциональ байна.

Тогтвортой цахилгаан цэнэгүүдийн хооронд харилцан үйлчилж, цэнэгийн эргэн тойронд үүсдэг, зөвхөн цэнэгүүдэд нөлөөлдөг өвөрмөц төрлийн матери бол цахилгаан орон юм.

Цэгтэй төстэй хөдөлгөөнгүй элементүүдийн энэхүү үйл явц нь Ньютоны 3-р хуулийг бүрэн дагаж мөрддөг бөгөөд бөөмсүүд бие биенээ ижил хүчээр түлхэж байгаа үр дүн гэж үздэг. Электростатик дахь тогтвортой цахилгаан цэнэгүүдийн хоорондын хамаарлыг Кулоны харилцан үйлчлэл гэж нэрлэдэг.

Кулоны хууль нь цэнэглэгдсэн материаллаг биетүүд, жигд цэнэглэгдсэн бөмбөг, бөмбөрцөгт бүрэн шударга бөгөөд үнэн зөв байдаг. Энэ тохиолдолд зайг голчлон орон зайн төвүүдийн параметр болгон авдаг. Практикт цэнэглэгдсэн биетүүдийн хэмжээ нь тэдгээрийн хоорондох зайнаас хамаагүй бага байвал энэ хууль сайн бөгөөд хурдан биелдэг.

Тайлбар 1

Цахилгаан орон дээр дамжуулагч ба диэлектрикүүд бас ажилладаг.

Эхнийх нь чөлөөт цахилгаан соронзон цэнэг тээвэрлэгч агуулсан бодисуудыг төлөөлдөг. Дамжуулагчийн дотор электронуудын чөлөөт хөдөлгөөн үүсч болно. Эдгээр элементүүдэд уусмал, металл ба төрөл бүрийн электролитийн хайлмал, хамгийн тохиромжтой хий, плазм орно.

Диэлектрик нь чөлөөт цахилгаан цэнэг тээвэрлэгч байж болохгүй бодис юм. Диэлектрик доторх электронуудын чөлөөтэй хөдөлгөөн нь боломжгүй, учир нь тэдгээрээр цахилгаан гүйдэл урсдаггүй. Эдгээр физик хэсгүүд нь диэлектрик нэгжтэй тэнцүү биш нэвчилттэй байдаг.

Цахилгаан шугам ба цахилгаан статик

Эхний цахилгаан талбайн хүч чадлын шугамууд нь тасралтгүй шугамууд бөгөөд тэдгээрт дамжих орчин бүр дэх шүргэгч цэгүүд нь хурцадмал тэнхлэгтэй бүрэн давхцдаг.

Цахилгаан шугамын үндсэн шинж чанарууд:

• огтлолцохгүй байх;
• хаалттай биш;
• тогтвортой;
• эцсийн чиглэл нь векторын чиглэлтэй давхцдаг;
• $+ q$-аас эхлэх эсвэл хязгааргүйд, $– q$-д төгсөх;
• цэнэгийн ойролцоо үүсдэг (хүчдэл ихтэй үед);
• үндсэн дамжуулагчийн гадаргуутай перпендикуляр.

Тодорхойлолт 2

Цахилгаан потенциалын зөрүү буюу хүчдэл (Ф эсвэл $U$) нь эерэг цэнэгийн траекторийн эхлэл ба төгсгөлийн цэгүүдийн потенциалын хэмжээ юм. Замын сегментийн дагуу боломжит өөрчлөлт бага байх тусам талбайн хүч бага байх болно.

Цахилгаан орны хүч нь үргэлж анхны потенциалыг бууруулахад чиглэгддэг.

Зураг 2. Цахилгаан цэнэгийн системийн боломжит энерги. Author24 - оюутны ажлын онлайн солилцоо

Цахилгаан хүчин чадал нь аливаа дамжуулагч өөрийн гадаргуу дээр шаардлагатай цахилгаан цэнэгийг хуримтлуулах чадварыг тодорхойлдог.

Энэ параметр нь цахилгаан цэнэгээс хамаардаггүй боловч дамжуулагчийн геометрийн хэмжээсүүд, тэдгээрийн хэлбэр, элементүүдийн хоорондох орчны байршил, шинж чанарт нөлөөлж болно.

Конденсатор нь цахилгаан цэнэгийг хэлхээнд хурдан хуримтлуулахад тусалдаг бүх нийтийн цахилгаан төхөөрөмж юм.

Цахилгаан орон ба түүний эрчим

Орчин үеийн эрдэмтдийн үзэж байгаагаар тогтвортой цахилгаан цэнэгүүд бие биедээ шууд нөлөөлдөггүй. Цахилгаан статик дахь цэнэглэгдсэн физик бие бүр хүрээлэн буй орчинд цахилгаан орон үүсгэдэг. Энэ үйл явц нь бусад цэнэглэгдсэн бодисуудад хүчтэй нөлөө үзүүлдэг. Цахилгаан орны гол шинж чанар нь цэгийн цэнэг дээр тодорхой хүчээр үйлчилдэгт оршино. Тиймээс эерэг цэнэгтэй хэсгүүдийн харилцан үйлчлэл нь цэнэглэгдсэн элементүүдийг тойрсон талбаруудаар дамжин явагддаг.

Энэ үзэгдлийг туршилтын цэнэг гэж нэрлэгддэг цахилгаан цэнэгийг ашиглан судалж болно - судалж буй цэнэгийг дахин хуваарилдаггүй жижиг цахилгаан цэнэг. Талбайг тоон байдлаар тодорхойлохын тулд эрчим хүчний шинж чанарыг нэвтрүүлсэн - цахилгаан талбайн хүч.

Хүчдэл гэдэг нь тухайн талбайн өгөгдсөн цэг дээр байрлуулсан туршилтын цэнэг дээр ажиллаж буй талбайн хүчийг цэнэгийн өөрийнх нь хэмжээтэй харьцуулсан харьцаатай тэнцүү физик үзүүлэлт юм.

Цахилгаан талбайн хүч нь вектор физик хэмжигдэхүүн юм. Энэ тохиолдолд векторын чиглэл нь эргэн тойрны орон зайн материаллаг цэг бүрт эерэг цэнэг дээр үйлчлэх хүчний чиглэлтэй давхцдаг. Цаг хугацааны явцад өөрчлөгддөггүй, хөдөлгөөнгүй байдаг элементүүдийн цахилгаан орон нь цахилгаан статик гэж тооцогддог.

Цахилгаан талбарыг ойлгохын тулд систем бүрийн хурцадмал байдлын гол тэнхлэгийн чиглэл нь тухайн цэгт хүрэх шүргэлтийн чиглэлтэй давхцаж байхаар зурсан хүчний шугамыг ашигладаг.

Электростатик дахь боломжит ялгаа

Электростатик талбар нь нэг чухал шинж чанарыг агуулдаг: цэгийн цэнэгийг талбайн нэг цэгээс нөгөө цэг рүү шилжүүлэхэд бүх хөдөлж буй бөөмсийн хүчээр гүйцэтгэсэн ажил нь траекторийн чиглэлээс хамаардаггүй, зөвхөн тэнхлэгийн байрлалаар тодорхойлогддог. эхний ба эцсийн мөрүүд ба цэнэгийн параметр.

Ажлын цэнэгийн хөдөлгөөний хэлбэрээс хараат бус байдлын үр дүн нь дараахь мэдэгдэл юм: аливаа хаалттай траекторийн дагуу цэнэгийг хувиргах үед электростатик талбайн хүчний функциональ үргэлж тэгтэй тэнцүү байна.

Зураг 4. Цахилгаан статик талбайн потенциал. Author24 - оюутны ажлын онлайн солилцоо

Электростатик талбайн боломжийн шинж чанар нь потенциал ба дотоод цэнэгийн энергийн тухай ойлголтыг нэвтрүүлэхэд тусалдаг. Мөн талбайн боломжит энергийг энэ цэнэгийн утгатай харьцуулсан физик параметрийг цахилгаан орны тогтмол потенциал гэж нэрлэдэг.

Электростатикийн олон нарийн төвөгтэй асуудлуудад боломжит энергийн хэмжээ болон потенциал нь өөрөө тэг болж байгаа лавлах материалын цэгийн потенциалыг тодорхойлохдоо хязгааргүй цэгийг ашиглах нь тохиромжтой байдаг. Энэ тохиолдолд потенциалын ач холбогдлыг дараах байдлаар тодорхойлно: орон зайн аль ч цэг дэх цахилгаан орны потенциал нь өгөгдсөн системээс эерэг нэгж цэнэгийг хязгааргүй хүртэл арилгах үед дотоод хүчний гүйцэтгэх ажилтай тэнцүү байна.

Электростатикцахилгаан цэнэгтэй бие буюу инерцийн жишиг системтэй харьцуулахад хөдөлгөөнгүй байдаг цахилгаан цэнэгтэй бөөмсийн шинж чанар, харилцан үйлчлэлийг судалдаг физикийн салбар юм.

Цахилгаан цэнэг- Энэ физик хэмжигдэхүүнцахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлд орох бие эсвэл бөөмсийн шинж чанарыг тодорхойлдог бөгөөд эдгээр харилцан үйлчлэлийн явцад хүч, энергийн утгыг тодорхойлдог. Олон улсын нэгжийн системд цахилгаан цэнэгийн нэгж нь кулон (C) юм.

Хоёр төрлийн цахилгаан цэнэг байдаг:

• эерэг;
• сөрөг.

Биеийг бүрдүүлдэг сөрөг цэнэгтэй бөөмсийн нийт цэнэг эерэг цэнэгтэй бөөмийн нийт цэнэгтэй тэнцүү байвал бие нь цахилгаан саармаг байна.

Цахилгаан цэнэгийн тогтвортой тээвэрлэгчид нь энгийн бөөмс ба эсрэг бөөмс юм.

Эерэг цэнэг зөөгч нь протон ба позитрон, сөрөг цэнэг зөөгч нь электрон ба антипротон юм.

Системийн нийт цахилгаан цэнэг нь системд багтсан биетүүдийн цэнэгийн алгебрийн нийлбэртэй тэнцүү, өөрөөр хэлбэл:

Цэнэг хадгалах хууль: хаалттай, цахилгаанаар тусгаарлагдсан системд системд ямар процесс явагдахаас үл хамааран нийт цахилгаан цэнэг өөрчлөгдөөгүй хэвээр байна.

Тусгаарлагдсан систембайгаа систем юм гадаад орчинЦахилгаан цэнэгтэй бөөмс эсвэл аливаа бие түүний хилээр нэвтэрдэггүй.

Цэнэг хадгалах хууль- энэ нь бөөмсийн тоог хадгалсны үр дагавар бөгөөд орон зайд бөөмсийн дахин хуваарилалт үүсдэг.

Кондукторууд- эдгээр нь ихээхэн зайд чөлөөтэй хөдөлж чаддаг цахилгаан цэнэгтэй биетүүд юм.
Дамжуулагчийн жишээ: хатуу ба металл шингэн төлөв, ионжуулсан хий, электролитийн уусмал.

Диэлектрик- эдгээр нь биеийн нэг хэсгээс нөгөөд шилжих боломжгүй цэнэгтэй бие, өөрөөр хэлбэл холбогдсон цэнэгүүд юм.
Диэлектрикийн жишээ: кварц, хув, эбонит, хэвийн нөхцөлд хий.

Цахилгаанжуулалт- энэ нь бие махбодь нь цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлд оролцох чадварыг олж авах, өөрөөр хэлбэл цахилгаан цэнэгийг олж авах үйл явц юм.

Биеийн цахилгаанжуулалт- энэ нь биед байрлах цахилгаан цэнэгийг дахин хуваарилах үйл явц бөгөөд үүний үр дүнд биетүүдийн цэнэгүүд эсрэг тэмдэгтэй болдог.

Цахилгаанжуулалтын төрлүүд:

• Цахилгаан дамжуулах чанараас болж цахилгаанжуулалт. Нэг нь цэнэгтэй, нөгөө нь саармаг гэсэн хоёр металл биетэй холбогдоход биеийн цэнэг сөрөг байвал тодорхой тооны чөлөөт электронууд цэнэгтэй биеэс саармаг руу шилжинэ, хэрэв биеийн цэнэг эерэг бол эсрэгээр .

  Үүний үр дүнд эхний тохиолдолд төвийг сахисан бие нь сөрөг цэнэг, хоёр дахь тохиолдолд эерэг цэнэг хүлээн авах болно.

• Үрэлтийн аргаар цахилгаанжуулалт. Зарим төвийг сахисан биетүүдийн үрэлтийн үр дүнд электронууд нэг биеэс нөгөөд шилждэг. Үрэлтийн улмаас цахилгаанжуулалт нь статик цахилгааны шалтгаан болдог бөгөөд жишээлбэл, та үсээ хуванцар самаар самнах эсвэл синтетик цамц, цамц тайлах үед ялгардаг.
• Нөлөөлөх замаар цахилгаанжуулалтцэнэглэгдсэн биеийг төвийг сахисан металл бариулын төгсгөлд аваачиж, эерэг ба сөрөг цэнэгийн жигд тархалтыг зөрчсөн тохиолдолд үүсдэг. Тэдний хуваарилалт нь өвөрмөц байдлаар явагддаг: бариулын нэг хэсэгт илүүдэл сөрөг цэнэг, нөгөө хэсэгт эерэг цэнэг гарч ирдэг. Ийм цэнэгийг индукц гэж нэрлэдэг бөгөөд үүний илрэл нь түүнд авчирсан цэнэгтэй биеийн цахилгаан талбайн нөлөөн дор метал дахь чөлөөт электронуудын хөдөлгөөнөөр тайлбарлагддаг.

Цэгийн төлбөр- энэ бол цэнэгтэй бие бөгөөд өгөгдсөн нөхцөлд хэмжээсийг үл тоомсорлож болно.

Цэгийн төлбөрцахилгаан цэнэгтэй материаллаг цэг юм.
Цэнэглэгдсэн бие нь бие биетэйгээ дараах байдлаар харилцан үйлчилдэг: эсрэг цэнэгтэй бие нь татдаг, ижил цэнэгтэй бие нь түлхэц өгдөг.

Кулоны хууль: вакуум дахь q1 ба q2 хоёр суурин цэнэгийн харилцан үйлчлэлийн хүч нь цэнэгийн хэмжээнүүдийн үржвэртэй шууд пропорциональ ба тэдгээрийн хоорондох зайны квадраттай урвуу пропорциональ байна.

Цахилгаан талбайн гол өмч- энэ нь цахилгаан орон нь цахилгаан цэнэгүүдэд тодорхой хүчээр нөлөөлдөг. Цахилгаан орон нь цахилгааны онцгой тохиолдол юм соронзон орон.

Электростатик талбарнь суурин цэнэгийн цахилгаан орон юм. Цахилгаан талбайн хүч нь тухайн цэг дэх цахилгаан талбайг тодорхойлдог вектор хэмжигдэхүүн юм. Тухайн цэг дэх талбайн хүчийг тухайн талбайн өгөгдсөн цэг дээр байрлуулсан цэгийн цэнэгт үйлчилж буй хүчийг энэ цэнэгийн хэмжээтэй харьцуулсан харьцаагаар тодорхойлно.

Хүчдэл- энэ нь цахилгаан талбайн хүчний шинж чанар юм; Энэ цэнэг дээр ажиллах хүчийг тооцоолох боломжийг танд олгоно: F = qE.

Олон улсын нэгжийн системд хүчдэлийн нэгж нь метр дэх вольт юм.Хүчдэлийн шугам нь цахилгаан талбайн график дүрслэлийг ашиглахад шаардлагатай төсөөллийн шугам юм. Сансар огторгуйн цэг бүрийн шүргэгч нь тухайн цэг дэх талбайн хүч чадлын вектортой чиглэлтэй давхцаж байхаар хурцадмал шугамуудыг зурсан.

Талбайн суперпозиция зарчим: хэд хэдэн эх үүсвэрийн талбайн хүч нь тус бүрийн талбайн хүч чадлын векторын нийлбэртэй тэнцүү байна.

Цахилгаан диполь- энэ нь бие биенээсээ тодорхой зайд байрлах модультай тэнцүү хоёр цэгийн цэнэгийн (+q ба –q) цуглуулга юм.

Диполь (цахилгаан) моментнь диполын үндсэн шинж чанар болох вектор физик хэмжигдэхүүн юм.
Олон улсын нэгжийн системд диполь моментийн нэгж нь кулон метр (С/м) юм.

Диэлектрикийн төрлүүд:

• Туйлт, үүнд эерэг ба сөрөг цэнэгийн тархалтын төвүүд давхцдаггүй молекулууд орно (цахилгаан диполь).
• Туйлшгүй, эерэг ба сөрөг цэнэгийн тархалтын төвүүд давхцдаг молекул, атомуудад.

Туйлшралнь диэлектрикийг цахилгаан орон дээр байрлуулах үед үүсдэг процесс юм.

Диэлектрикийн туйлшралгэдэг нь гадны цахилгаан орны нөлөөгөөр диэлектрикийн эерэг ба сөрөг цэнэгүүдийг эсрэг чиглэлд шилжүүлэх үйл явц юм.

Диэлектрик тогтмолнь диэлектрикийн цахилгаан шинж чанарыг тодорхойлдог физик хэмжигдэхүүн бөгөөд вакуум дахь цахилгаан орны хүч чадлын модулийг нэгэн төрлийн диэлектрик доторх энэ талбайн эрчмийн модультай харьцуулсан харьцаагаар тодорхойлогддог.

Диэлектрик тогтмол нь хэмжээсгүй хэмжигдэхүүн бөгөөд хэмжээсгүй нэгжээр илэрхийлэгдэнэ.

Төмөр цахилгаан- энэ бол гаднах цахилгаан оронгүй талст диэлектрикүүдийн бүлэг бөгөөд оронд нь бөөмсийн диполь моментуудын аяндаа чиг баримжаа үүсдэг.

Пьезоэлектрик эффект- энэ нь тодорхой чиглэлд зарим талстуудын механик хэв гажилтын үед үзүүлэх нөлөө бөгөөд тэдгээрийн нүүрэн дээр эсрэг төрлийн цахилгаан цэнэгүүд гарч ирдэг.

Цахилгаан талбайн боломж. Цахилгаан хүчин чадал

Цахилгаан статик потенциалЭнэ нь тухайн цэг дэх цахилгаан статик талбайг тодорхойлдог физик хэмжигдэхүүн бөгөөд энэ нь цэнэгийн талбайн харилцан үйлчлэлийн боломжит энергийг тухайн талбайн өгөгдсөн цэг дээр байрлуулсан цэнэгийн утгатай харьцуулсан харьцаагаар тодорхойлогддог.

Олон улсын нэгжийн системийн хэмжилтийн нэгж нь вольт (V) юм.
Цэгэн цэнэгийн талбайн потенциалыг дараах байдлаар тодорхойлно.

Нөхцөлд q > 0 бол k > 0; хэрэв q

Потенциалын хувьд талбайн суперпозиция зарчим: хэрэв электростатик талбарыг хэд хэдэн эх үүсвэрээс үүсгэсэн бол түүний орон зайн өгөгдсөн цэг дэх потенциалыг потенциалын алгебрийн нийлбэр гэж тодорхойлно.

Цахилгаан талбайн хоёр цэгийн хоорондох боломжит зөрүү нь эерэг цэнэгийг эхлэлээс эцсийн цэг хүртэл шилжүүлэх цахилгаан статик хүчний ажлын харьцаагаар тодорхойлогддог физик хэмжигдэхүүн юм.

Эквипотенциал гадаргуу- энэ бол боломжит утгууд ижил байх электростатик талбайн цэгүүдийн геометрийн муж юм.

Цахилгаан хүчин чадалнь дамжуулагчийн цахилгаан шинж чанарыг тодорхойлдог физик хэмжигдэхүүн бөгөөд түүний цахилгаан цэнэгийг барих чадварын тоон хэмжүүр юм.

Тусгаарлагдсан дамжуулагчийн цахилгаан багтаамж нь дамжуулагчийн цэнэгийн потенциалын харьцаагаар тодорхойлогддог бөгөөд бид дамжуулагчийн талбайн потенциалыг хүлээн зөвшөөрсөн гэж үзнэ. тэгтэй тэнцүүхязгааргүй цэг дээр:

Ом-ын хууль

Нэг төрлийн гинжин хэлхээ- энэ нь одоогийн эх үүсвэргүй хэлхээний хэсэг юм. Ийм хэсгийн хүчдэлийг түүний төгсгөлийн боломжит зөрүүгээр тодорхойлно, жишээлбэл:

1826 онд Германы эрдэмтэн Г.Ом хэлхээний нэгэн төрлийн хэсгийн гүйдлийн хүч ба түүн дээрх хүчдэлийн хоорондын хамаарлыг тодорхойлдог хуулийг нээсэн: дамжуулагчийн гүйдлийн хүч нь түүн дээрх хүчдэлтэй шууд пропорциональ байна. , энд G нь энэ хуульд томъёогоор тодорхойлогддог дамжуулагчийн цахилгаан дамжуулах чанар буюу дамжуулах чанар гэж нэрлэгддэг пропорциональ коэффициент юм.

Дамжуулагчийн дамжуулалтнь түүний эсэргүүцлийн эсрэг биет хэмжигдэхүүн юм.

Олон улсын нэгжийн системд цахилгаан дамжуулах чанарын нэгж нь Siemens (см) юм.

Siemens-ийн физик утга: 1 см нь 1 ом эсэргүүцэлтэй дамжуулагчийн дамжуулах чадвар юм.
Хэлхээний хэсэгт Ом-ын хуулийг олж авахын тулд цахилгаан дамжуулах чанарын оронд R эсэргүүцлийг дээр дурдсан томъёонд орлуулах шаардлагатай.

Хэлхээний хэсгийн Ом хууль: Хэлхээний хэсэг дэх гүйдлийн хүч нь түүн дээрх хүчдэлтэй шууд пропорциональ ба хэлхээний хэсгийн эсэргүүцэлтэй урвуу пропорциональ байна.

Бүрэн хэлхээний Ом-ын хууль: салбарлаагүй хаалттай хэлхээний гүйдлийн хүч, түүний дотор гүйдлийн эх үүсвэр нь энэ эх үүсвэрийн цахилгаан хөдөлгөгч хүчтэй шууд пропорциональ бөгөөд энэ хэлхээний гадаад ба дотоод эсэргүүцлийн нийлбэртэй урвуу пропорциональ байна.

Гарын үсэг зурах дүрэм:

• Хэрэв сонгосон чиглэлд хэлхээг тойрч гарах үед эх үүсвэрийн доторх гүйдэл нь тойрч гарах чиглэлд явдаг бол энэ эх үүсвэрийн EMF эерэг гэж тооцогддог.
• Хэрэв сонгосон чиглэлд хэлхээг тойрч гарах үед эх үүсвэрийн доторх гүйдэл эсрэг чиглэлд урсдаг бол энэ эх үүсвэрийн emf-ийг сөрөг гэж үзнэ.

Цахилгаан хөдөлгөгч хүч (EMF)Энэ нь одоогийн эх үүсвэр дэх гадны хүчний үйлдлийг тодорхойлдог физик хэмжигдэхүүн бөгөөд энэ нь одоогийн эх үүсвэрийн энергийн шинж чанар юм. Хаалттай гогцооны хувьд EMF нь эерэг цэнэгийг хаалттай гогцооны дагуу шилжүүлэхийн тулд гадны хүчний хийсэн ажлын энэ цэнэгийн харьцаагаар тодорхойлогддог.

Олон улсын нэгжийн системд EMF-ийн нэгж нь вольт юм. Хэлхээ нээлттэй үед гүйдлийн эх үүсвэрийн emf нь түүний терминал дахь цахилгаан хүчдэлтэй тэнцүү байна.

Жоул-Ленцийн хууль: гүйдэл дамжуулагчийн үүсгэсэн дулааны хэмжээг гүйдлийн квадратын үржвэр, дамжуулагчийн эсэргүүцэл ба гүйдэл дамжуулагчаар дамжин өнгөрөх хугацааны үржвэрээр тодорхойлно.

Хэлхээний хэсгийн дагуу цэнэгийн цахилгаан талбарыг хөдөлгөхдөө энэ нь ажилладаг бөгөөд энэ нь хэлхээний энэ хэсгийн төгсгөл дэх цэнэгийн бүтээгдэхүүн ба хүчдэлээр тодорхойлогддог.

DC хүчЭнэ нь дамжуулагчийн дагуу цэнэглэгдсэн бөөмсийг хөдөлгөх талбайн гүйцэтгэсэн ажлын хурдыг тодорхойлдог физик хэмжигдэхүүн бөгөөд энэ хугацаанд гүйдлийн гүйцэтгэсэн ажлын харьцаагаар тодорхойлогддог.

Кирхгофын дүрэм, тэдгээрийг тооцоолоход ашигладаг салаалсан гинжТогтмол гүйдэл, түүний мөн чанар нь хэлхээний хэсгүүдийн өгөгдсөн эсэргүүцэл ба тэдгээрт хэрэглэсэн EMF дээр үндэслэн хэсэг тус бүрийн гүйдлийн хүчийг олох явдал юм.

Эхний дүрэм нь зангилааны дүрэм юм: зангилаа дээр нийлдэг гүйдлийн алгебрийн нийлбэр нь гүйдлийн хоёроос илүү боломжит чиглэл байх цэг бөгөөд энэ нь тэгтэй тэнцүү байна.

Хоёрдахь дүрэм бол контурын дүрэм юм: ямар ч хаалттай хэлхээнд, салаалсан цахилгаан хэлхээнд гүйдлийн хүч чадлын бүтээгдэхүүний алгебрийн нийлбэр ба энэ хэлхээний харгалзах хэсгүүдийн эсэргүүцлийг ашигласан emf-ийн алгебрийн нийлбэрээр тодорхойлно. энэ нь:

Соронзон орон- энэ бол цахилгаан соронзон орны илрэлийн нэг хэлбэр бөгөөд энэ талбар нь хөдөлгөөний төлөв байдлаас үл хамааран зөвхөн хөдөлгөөнт бөөм ба цахилгаан цэнэгтэй биетүүд, түүнчлэн соронзон биетүүдэд нөлөөлдөг.

Соронзон индукцийн векторцахилгаан гүйдэл бүхий дамжуулагч элемент дээр соронзон орны нөлөөллийн хүчийг гүйдлийн хүч ба дамжуулагч элементийн уртын үржвэрт харьцуулсан харьцааг тодорхойлох, орон зайн аль ч цэг дэх соронзон орныг тодорхойлдог вектор хэмжигдэхүүн юм. модулийг тухайн талбайн хөндлөн огтлолоор дамжуулж буй соронзон урсгалын энэ хөндлөн огтлолын талбайд харьцуулсан харьцаа.

Олон улсын нэгжийн системд индукцийн нэгж нь tesla (T) юм.

Соронзон хэлхээсоронзон орон төвлөрсөн орон зайн биетүүд эсвэл бүсүүдийн цуглуулга юм.

Соронзон урсгал (соронзон индукцийн урсгал)Энэ нь соронзон индукцийн векторын хэмжээг хавтгай гадаргуугийн талбай ба хэвийн векторуудын хоорондох өнцгийн косинусаар хавтгай гадаргуутай / хэвийн вектор ба хоёрын хоорондох өнцгийн үржвэрээр тодорхойлогддог физик хэмжигдэхүүн юм. индукцийн векторын чиглэл.

Олон улсын нэгжийн системд соронзон урсгалын нэгж нь вэбер (Wb) юм.
Остроградский-Гаусын теоремсоронзон индукцийн урсгалын хувьд: дурын хаалттай гадаргуугаар дамжин өнгөрөх соронзон урсгал тэг байна:

Битүү соронзон хэлхээний Ом-ын хууль:

Соронзон нэвчилтгэдэг нь бодисын соронзон шинж чанарыг тодорхойлдог физик хэмжигдэхүүн бөгөөд энэ нь орчин дахь соронзон индукцийн векторын модулийг вакуум дахь орон зайн ижил цэг дэх индукцийн векторын модультай харьцуулсан харьцаагаар тодорхойлогддог.

Соронзон орны хүчнь соронзон орныг тодорхойлж, тодорхойлох вектор хэмжигдэхүүн бөгөөд дараахтай тэнцүү байна.

Амперын хүч- энэ нь гүйдэл дамжуулах дамжуулагч дээр соронзон орны нөлөөгөөр үйлчилдэг хүч юм. Элементийн хүчАмперыг дараахь харьцаагаар тодорхойлно.

Амперын хууль: элементтэй өнцөг үүсгэсэн индукц бүхий жигд соронзон орны талаас гүйдэл урсаж буй дамжуулагчийн жижиг сегментэд үйлчлэх хүчний модуль

Суперпозиция зарчим: сансар огторгуйн өгөгдсөн цэг дээр янз бүрийн эх үүсвэрүүд нь индукцууд нь B1, B2, .. байх соронзон орон үүсгэх үед энэ цэг дэх талбайн индукц нь дараахтай тэнцүү байна.

Гимлет дүрэм эсвэл зөв шураг дүрэм:Хэрэв шураг шургах үед гимлетийн үзүүрийн хөрвүүлэх хөдөлгөөний чиглэл нь орон зай дахь гүйдлийн чиглэлтэй давхцаж байвал чиглэл эргэлтийн хөдөлгөөнЦэг тус бүрийн гимлет нь соронзон индукцийн векторын чиглэлтэй давхцдаг.

Биот-Саварт-Лапласын хууль:гүйдэл бүхий тодорхой урттай дамжуулагч элементийн вакуумд үүссэн соронзон орны аль ч цэг дэх соронзон индукцийн векторын хэмжээ, чиглэлийг тодорхойлно.

Цахилгаан ба соронзон орон дахь цэнэгтэй бөөмсийн хөдөлгөөн Лоренцын хүч нь соронзон ороноос хөдөлж буй бөөмд нөлөөлөх хүч юм.

Зүүн гарын дүрэм:

1. Соронзон индукцийн шугамууд далдуу мод руу орж, сунгасан дөрвөн хуруу нь гүйдэлд нийцсэн байхаар зүүн гараа байрлуулах шаардлагатай бөгөөд дараа нь эрхий хуруу нь 90 ° нугалж, амперийн хүчний чиглэлийг заана.
2. Соронзон индукцийн шугамууд далдуу мод руу орж, дөрвөн сунгасан хуруу нь бөөмийн эерэг цэнэгтэй бөөмийн хурдны чиглэлтэй давхцаж, эсвэл хурдны эсрэг чиглэлд чиглүүлж байхаар зүүн гараа байрлуулах шаардлагатай. бөөмийн сөрөг цэнэгтэй бөөм, дараа нь эрхий хуруугаа 90° нугалахад цэнэгтэй бөөм дээр үйлчлэх Лоренцын хүчний чиглэлийг харуулна.

Хэрэв цахилгаан ба соронзон орны хөдөлж буй цэнэг дээр хамтарсан үйлдэл хийвэл үүсэх хүчийг дараахь байдлаар тодорхойлно.

Масс спектрограф ба масс спектрометр- Эдгээр нь элементүүдийн харьцангуй атомын массыг нарийн хэмжихэд зориулагдсан багаж юм.

Фарадейгийн хууль. Лензийн дүрэм

Цахилгаан соронзон индукц- энэ нь хувьсах соронзон орон дээр байрлах дамжуулагч хэлхээнд өдөөгдсөн emf үүсдэгтэй холбоотой үзэгдэл юм.

Фарадейгийн хууль: Хэлхээн дэх цахилгаан соронзон индукцийн EMF нь энэ хэлхээгээр хязгаарлагдсан гадаргуугаар дамжих соронзон урсгалын F-ийн өөрчлөлтийн хурдтай тоон хувьд тэнцүү ба эсрэг тэмдэгтэй байна.

Индукцийн гүйдэл- энэ нь Лоренцын хүчний нөлөөн дор цэнэгүүд хөдөлж эхлэхэд үүсдэг гүйдэл юм.

Лензийн дүрэм: хаалттай хэлхээнд гарч буй индукцийн гүйдэл нь үргэлж ийм чиглэлтэй байдаг бөгөөд энэ хэлхээгээр хязгаарлагдах талбайн дундуур үүсгэсэн соронзон урсгал нь энэ гүйдлийг үүсгэсэн гадаад соронзон орны өөрчлөлтийг нөхөх хандлагатай байдаг.

Индукцийн гүйдлийн чиглэлийг тодорхойлохын тулд Ленцийн дүрмийг ашиглах журам:

Эргэлтийн талбар- энэ нь хурцадмал шугамууд нь хаалттай шугамууд байдаг талбар бөгөөд үүний шалтгаан нь соронзон орны нөлөөгөөр цахилгаан орон үүсэх явдал юм.
Хаалттай хөдөлгөөнгүй дамжуулагчийн дагуу нэг эерэг цэнэгийг хөдөлгөх үед эргүүлэгтэй цахилгаан талбайн ажил нь энэ дамжуулагч дахь өдөөгдсөн EMF-тэй тоон хувьд тэнцүү байна.

Токи Фуко- эдгээр нь эсэргүүцэл багатай тул их хэмжээний дамжуулагчдад гарч ирдэг том индукцийн гүйдэл юм. Нэгж хугацаанд ялгарах дулааны хэмжээ эргүүлэг урсгал, соронзон орны өөрчлөлтийн давтамжийн квадраттай шууд пропорциональ байна.

Өөрөө индукц. Индукц

Өөрөө индукц- энэ нь өөрчлөгдөж буй соронзон орон нь гүйдэл урсаж буй дамжуулагчийн доторх emf-ийг өдөөдөг бөгөөд энэ талбарыг үүсгэдэг үзэгдэл юм.

I гүйдэл бүхий хэлхээний соронзон урсгал Ф нь тодорхойлогддог.
Ф = L, энд L нь өөрөө индукцийн коэффициент (гүйдлийн индукц).

Индукц- энэ нь дамжуулагчаар хязгаарлагдсан гадаргуугаар дамжин өнгөрөх соронзон урсгалыг хэлхээний шууд гүйдлийн хүчтэй харьцуулсан харьцаагаар тодорхойлогддог гүйдлийн хүч өөрчлөгдөх үед хэлхээнд гарч ирдэг өөрөө индукцийн эмфийн шинж чанар болох физик хэмжигдэхүүн юм. :

Олон улсын нэгжийн системд индукцийн нэгж нь henry (H) юм.
Өөрөө индукцийн EMF-ийг дараахь байдлаар тодорхойлно.

Соронзон орны энергийг дараахь байдлаар тодорхойлно.

Изотроп ба ферросоронзон бус орчин дахь соронзон орны эзэлхүүний энергийн нягтыг дараахь байдлаар тодорхойлно.

Динамикийн үндсэн хуулиуд. Ньютоны хуулиуд - нэг, хоёр, гурав. Галилейгийн харьцангуйн онолын зарчим. Бүх нийтийн таталцлын хууль. Таталцал. Уян хатан хүч. Жин. Үрэлтийн хүч - амрах, гулсах, өнхрөх + шингэн ба хий дэх үрэлт.

Кинематик. Үндсэн ойлголтууд. Нэг төрлийн шулуун хөдөлгөөн. Нэг жигд хурдасгасан хөдөлгөөн. Тойрог дахь жигд хөдөлгөөн. Лавлах систем. Траектор, шилжилт, зам, хөдөлгөөний тэгшитгэл, хурд, хурдатгал, шугаман ба өнцгийн хурдны хамаарал.

Энгийн механизмууд. Хөшүүрэг (эхний төрлийн хөшүүрэг, хоёр дахь төрлийн хөшүүрэг). Блок (тогтмол блок ба хөдлөх блок). Налуу онгоц. Гидравлик пресс. Механикийн алтан дүрэм

Механик дахь хадгалалтын хуулиуд. Механик ажил, хүч, энерги, импульс хадгалагдах хууль, энерги хадгалагдах хууль, хатуу биеийн тэнцвэр

Тойрог хөдөлгөөн. Тойрог дахь хөдөлгөөний тэгшитгэл. Өнцгийн хурд. Хэвийн = төв рүү чиглэсэн хурдатгал. Хугацаа, эргэлтийн давтамж (эргэлт). Шугаман ба өнцгийн хурд хоорондын хамаарал

Механик чичиргээ. Чөлөөт ба албадан чичиргээ. Гармоник чичиргээ. Уян чичиргээ. Математикийн дүүжин. Гармоник хэлбэлзлийн үеийн энергийн хувиргалт

Механик долгион. Хурд ба долгионы урт. Аялалын долгионы тэгшитгэл. Долгионы үзэгдэл (дифракци, интерференц...)

Шингэний механик ба аэромеханик. Даралт, гидростатик даралт. Паскалийн хууль. Гидростатикийн үндсэн тэгшитгэл. Холбоо барих хөлөг онгоцууд. Архимедийн хууль. Усан онгоцны нөхцөл утас. Шингэний урсгал. Бернуллигийн хууль. Торричелли томъёо

Молекулын физик. МХХТ-ийн үндсэн заалтууд. Үндсэн ойлголт, томъёолол. Идеал хийн шинж чанарууд. MKT-ийн үндсэн тэгшитгэл. Температур. Идеал хийн төлөвийн тэгшитгэл. Менделеев-Клайпероны тэгшитгэл. Хийн хуулиуд - изотерм, изобар, изохор

Долгионы оптик. Гэрлийн бөөмс-долгионы онол. Гэрлийн долгионы шинж чанар. Гэрлийн тархалт. Гэрлийн хөндлөнгийн оролцоо. Гюйгенс-Френель зарчим. Гэрлийн дифракци. Гэрлийн туйлшрал

Термодинамик. Дотоод энерги. Ажил. Дулааны хэмжээ. Дулааны үзэгдлүүд. Термодинамикийн анхны хууль. Термодинамикийн нэгдүгээр хуулийг янз бүрийн процесст хэрэглэх. Дулааны тэнцвэрийн тэгшитгэл. Термодинамикийн хоёр дахь хууль. Дулааны хөдөлгүүрүүд

Та одоо энд байна:Электростатик. Үндсэн ойлголтууд. Цахилгаан цэнэг. Цахилгаан цэнэгийг хадгалах хууль. Кулоны хууль. Суперпозиция зарчим. Богино хугацааны үйл ажиллагааны онол. Цахилгаан талбайн боломж. Конденсатор.

Тогтмол цахилгаан гүйдэл. Хэлхээний хэсгийн Ом-ын хууль. DC ажиллагаа ба хүч. Жоул-Ленцийн хууль. Бүрэн хэлхээний Ом-ын хууль. Фарадейгийн электролизийн хууль. Цахилгаан хэлхээ - цуваа ба зэрэгцээ холболт. Кирхгофын дүрэм.

Цахилгаан соронзон чичиргээ. Чөлөөт ба албадан цахилгаан соронзон хэлбэлзэл. Тербеллийн хэлхээ. Хувьсах цахилгаан гүйдэл. Хувьсах гүйдлийн хэлхээний конденсатор. Хувьсах гүйдлийн хэлхээнд ороомог ("соленоид").

Харьцангуйн онолын элементүүд. Харьцангуйн онолын постулатууд. Нэгэн зэрэглэлийн харьцангуй байдал, зай, цаг хугацааны интервал. Хурд нэмэх релятивист хууль. Хурднаас массын хамаарал. Харьцангуй динамикийн үндсэн хууль...

Шууд ба шууд бус хэмжилтийн алдаа. Үнэмлэхүй, харьцангуй алдаа. Системчилсэн болон санамсаргүй алдаа. Стандарт хазайлт (алдаа). Төрөл бүрийн функцүүдийн шууд бус хэмжилтийн алдааг тодорхойлох хүснэгт.

Электростатик бол цахилгаан статик орон ба цахилгаан цэнэгийг судалдаг физикийн салбар юм.

Ижил цэнэгтэй биетүүдийн хооронд цахилгаан статик (эсвэл Кулон) түлхэлт, эсрэг цэнэгтэй биетүүдийн хооронд электростатик таталцал үүсдэг. Ижил цэнэгүүдийг түлхэх үзэгдэл нь цахилгаан цэнэгийг илрүүлэх төхөөрөмж болох электроскопыг бүтээх үндэс суурь болдог.

Электростатик нь Кулоны хууль дээр суурилдаг. Энэ хууль нь цэгийн цахилгаан цэнэгийн харилцан үйлчлэлийг тодорхойлдог.

Электростатикийн үндэс нь Кулонбын бүтээлээр тавигдсан (хэдийгээр түүнээс арван жилийн өмнө ижил үр дүнг, бүр илүү нарийвчлалтай Кавендиш олж авсан. Кавендишийн ажлын үр дүн гэр бүлийн архивт хадгалагдаж байсан бөгөөд ердөө 100 гаруй удаа хэвлэгджээ. жилийн дараа); Сүүлчийн нээсэн цахилгаан харилцан үйлчлэлийн хууль нь Грин, Гаусс, Пуассон нарт математикийн гоёмсог онолыг бий болгох боломжийг олгосон. Электростатикийн хамгийн чухал хэсэг бол Грин, Гауссын бүтээсэн потенциалын онол юм. Электростатикийн талаархи олон туршилтын судалгааг Рис хийсэн бөгөөд түүний номууд нь эдгээр үзэгдлийг судлах гол гарын авлага болж байв.

19-р зууны 30-аад оны эхний хагаст хийсэн Фарадейгийн туршилтууд нь сургаалын үндсэн зарчмуудад эрс өөрчлөлт оруулах ёстой байв. цахилгаан үзэгдлүүд. Эдгээр туршилтууд нь цахилгаантай бүрэн идэвхгүй холбоотой гэж үздэг тусгаарлагч бодисууд, тухайлбал, Фарадейгийн хэлснээр диэлектрикүүд нь бүх цахилгаан процессуудад, ялангуяа дамжуулагчийг өөрөө цахилгаанжуулахад чухал ач холбогдолтой болохыг харуулж байна. Эдгээр туршилтууд нь конденсаторын хоёр гадаргуугийн хоорондох тусгаарлагч давхаргын бодис нь тухайн конденсаторын цахилгаан багтаамжийн утгад чухал үүрэг гүйцэтгэдэг болохыг илрүүлсэн. Конденсаторын гадаргуугийн хоорондох тусгаарлагч давхарга болох агаарыг бусад шингэн эсвэл хатуу тусгаарлагчаар солих нь конденсаторын цахилгаан багтаамжид эдгээр гадаргуугийн хоорондох зайг багасгахын зэрэгцээ агаарыг тусгаарлагч болгон хадгалахтай ижил нөлөө үзүүлдэг. Агаарын давхаргыг өөр шингэн эсвэл хатуу диэлектрикийн давхаргаар солих үед конденсаторын цахилгаан хүчин чадал K дахин нэмэгддэг. К-ийн энэ утгыг Фарадей өгөгдсөн диэлектрикийн индуктив хүчин чадал гэж нэрлэдэг. Өнөөдөр K утгыг ихэвчлэн энэ тусгаарлагч бодисын диэлектрик тогтмол гэж нэрлэдэг.

Энэ биеийг агаараас өөр тусгаарлагч орчинд шилжүүлэх үед цахилгаан багтаамжийн ижил өөрчлөлт нь дамжуулагч бие бүрт тохиолддог. Гэхдээ биеийн цахилгаан чадлын өөрчлөлт нь өгөгдсөн потенциал дахь энэ бие дэх цэнэгийн хэмжээг өөрчлөх, мөн эсрэгээр тухайн цэнэгийн үед биеийн потенциал өөрчлөгдөхөд хүргэдэг. Үүний зэрэгцээ энэ нь биеийн цахилгаан энергийг өөрчилдөг. Тиймээс цахилгаанжуулсан биетүүдийг байрлуулсан эсвэл конденсаторын гадаргууг тусгаарлах тусгаарлагчийн ач холбогдол маш чухал юм. Тусгаарлагч бодис нь зөвхөн биеийн гадаргуу дээрх цахилгаан цэнэгийг хадгалахаас гадна сүүлчийнх нь цахилгаан төлөв байдалд нөлөөлдөг. Энэ бол Фарадейгийн туршилтуудын үр дүнд хүргэсэн дүгнэлт юм. Энэхүү дүгнэлт нь Фарадейгийн цахилгаан үйл ажиллагааны талаархи үндсэн үзэл бодолтой нэлээд нийцэж байв.

Кулонбын таамаглалын дагуу биетүүдийн хоорондох цахилгаан үйлдлийг алс холын зайд тохиолддог үйлдлүүд гэж үздэг. Бие биенээсээ r зайгаар тусгаарлагдсан хоёр цэгт оюун санааны хувьд төвлөрсөн q ба q" хоёр цэнэг нь томъёогоор тодорхойлогддог хүчээр эдгээр хоёр цэгийг холбосон шугамын дагуу бие биенээ түлхэж эсвэл татдаг гэж үзсэн.

Цаашилбал, C коэффициент нь зөвхөн q, r, f хэмжигдэхүүнүүдийг хэмжихэд ашигласан нэгжээс хамаарна. q ба q цэнэг бүхий эдгээр хоёр цэгийн оршдог орчны шинж чанар нь ямар ч ач холбогдолгүй бөгөөд f-ийн утгад нөлөөлөхгүй гэж үзсэн.Фарадей энэ талаар огт өөр үзэл бодолтой байсан.Түүний бодлоор зөвхөн цахилгаанжсан биет. Түүнээс тодорхой зайд байрлах өөр биед илэрхий нөлөө үзүүлдэг; үнэндээ цахилгаанжсан бие нь түүнтэй харьцах тусгаарлагч орчинд зөвхөн онцгой өөрчлөлтийг үүсгэдэг бөгөөд тэдгээр нь энэ орчинд давхаргаас давхаргад дамждаг бөгөөд эцэст нь давхаргад шууд хүрдэг. бусад биеттэй зэргэлдээх бөгөөд тэнд үйлдвэрлэж байгаа бөгөөд энэ нь тэдгээрийг тусгаарлах орчиноор дамжуулан эхний биет хоёр дахь биетийн шууд үйлдэл юм шиг санагддаг.Цахилгаан үйлдлүүдийг ийм үүднээс авч үзвэл дээрх томъёогоор илэрхийлсэн Кулоны хууль нь зөвхөн Ажиглалт нь юу өгч байгааг тодорхойлоход үйлчилдэг бөгөөд энэ тохиолдолд тохиолдох үнэн үйл явцыг ямар ч байдлаар илэрхийлэхгүй.Тэгвэл ерөнхийдөө цахилгааны үйлдлүүд нь тусгаарлах орчин өөрчлөгдөхөд өөрчлөгддөг нь тодорхой болно, учир нь энэ тохиолдолд хоорондын зайд үүсэх хэв гажилт үүсдэг. Бие биедээ үйлчилдэг хоёр цахилгаанжуулсан бие ч өөрчлөгдөх ёстой. Энэ үзэгдлийг гаднаас нь дүрсэлсэн Кулоны хуулийг өөрөөр хэлбэл тусгаарлах орчны шинж чанарыг агуулсан өөр хуулиар солигдох ёстой. Изотроп ба нэгэн төрлийн орчны хувьд Кулоны хуулийг цаашдын судалгаагаар дараах томъёогоор илэрхийлж болно.

Энд K нь өгөгдсөн тусгаарлагчийн диэлектрик дамжуулагчаас дээш гэж нэрлэгддэг зүйлийг илэрхийлнэ. Агаарын хувьд K-ийн утга нь нэгдмэл байдалтай тэнцүү, өөрөөр хэлбэл агаарын хувьд q ба q" цэнэгтэй хоёр цэгийн харилцан үйлчлэлийг Кулон хүлээн авснаар илэрхийлэгддэг.

Фарадейгийн үндсэн санаагаар бол биеийг цахилгаан төлөвт оруулах үйл явцын нөлөөгөөр энэ орчинг дүүргэж буй эфирт гарч буй эргэн тойрон дахь тусгаарлагч орчин, эсвэл илүү дээр нь эдгээр өөрчлөлтүүд (орчуулагчийн туйлшрал) нь бүх цахилгааны шалтгааныг илэрхийлдэг. бидний ажиглаж буй үйлдлүүд. Фарадейгийн хэлснээр тэдгээрийн гадаргуу дээрх дамжуулагчийг цахилгаанжуулах нь зөвхөн туйлширсан цацрагийн нөлөөний үр дагавар юм. орчин. Тусгаарлагч бодис нь стресстэй байдалд байна. Маш энгийн туршилтууд дээр үндэслэн Фарадей аливаа орчинд цахилгаан туйлшрал өдөөгдөж, одоогийн хэлснээр цахилгаан орон өдөөгдөж байх үед энэ орчинд хүчний шугамын дагуу хурцадмал байдал үүсэх ёстой гэсэн дүгнэлтэд хүрчээ. хүч гэдэг нь энэ шугам дээр байрлах цэгүүдэд эерэг цахилгаанаар төсөөлөгдөж буй цахилгаан хүчний чиглэлүүдтэй шүргэгч давхцаж байгаа шугам) ба хүчний шугамд перпендикуляр чиглэлд даралт байх ёстой. Ийм хүчдэлийн төлөвийг зөвхөн тусгаарлагчид л үүсгэж болно. Кондукторууд ийм өөрчлөлтийг мэдрэх чадваргүй, тэдэнд ямар ч эвдрэл гарахгүй; зөвхөн ийм дамжуулагч биетүүдийн гадаргуу дээр, өөрөөр хэлбэл дамжуулагч ба тусгаарлагчийн зааг дээр тусгаарлагч орчны туйлширсан байдал мэдэгдэхүйц болж, дамжуулагчийн гадаргуу дээрх цахилгаан эрчим хүчний илэрхий хуваарилалтаар илэрхийлэгддэг. Тиймээс цахилгаанжуулсан дамжуулагч нь эргэн тойрон дахь тусгаарлагчтай холбогдсон байдаг. Энэхүү цахилгаанжуулсан дамжуулагчийн гадаргуугаас хүчний шугамууд тархаж байгаа мэт харагдах ба эдгээр шугамууд нь эсрэг тэмдгийн цахилгаанаар бүрхэгдсэн мэт харагдах өөр дамжуулагчийн гадаргуу дээр төгсдөг. Энэ бол Фарадей цахилгаанжуулалтын үзэгдлийг тайлбарлахын тулд өөртөө зориулж зурсан зураг юм.

Фарадейгийн сургаалыг физикчид тийм ч хурдан хүлээн зөвшөөрөөгүй. Фарадейгийн туршилтууд нь 60-аад онд ч гэсэн дамжуулагчийг цахилгаанжуулах үйл явцад тусгаарлагчийн чухал үүрэг гүйцэтгэх эрхгүй гэж үздэг байв. Зөвхөн дараа нь, Максвеллийн гайхалтай бүтээлүүд гарч ирсний дараа Фарадейгийн санаанууд эрдэмтдийн дунд улам бүр тархаж, эцэст нь баримттай бүрэн нийцэж байгааг хүлээн зөвшөөрөв.

60-аад онд проф. Ф.Н.Шведов өөрийн туршилтын үндсэн дээр тусгаарлагчийн үүргийн талаархи Фарадейгийн үндсэн зарчмуудын үнэн зөвийг маш шаргуу бөгөөд үнэмшилтэйгээр нотолсон. Үнэн хэрэгтээ Фарадейгийн ажил эхлэхээс олон жилийн өмнө тусгаарлагчийн цахилгаан процесст үзүүлэх нөлөөг аль хэдийн олж мэдсэн. 18-р зууны 70-аад оны эхээр Кавендиш конденсатор дахь тусгаарлагч давхаргын шинж чанарын ач холбогдлыг ажиглаж, маш анхааралтай судалжээ. Кавендишийн туршилт, түүнчлэн Фарадейгийн дараагийн туршилтууд нь энэ конденсатор дахь агаарын давхарга нь ижил зузаантай зарим хатуу диэлектрикийн давхаргаар солигдох үед конденсаторын цахилгаан хүчин чадал нэмэгдэж байгааг харуулсан. Эдгээр туршилтууд нь зарим тусгаарлах бодисын диэлектрик тогтмолуудын тоон утгыг тодорхойлох боломжийг олгодог бөгөөд эдгээр утгууд нь эдгээрээс олдсоноос харьцангуй ялгаатай байдаг. Сүүлийн үедилүү дэвшилтэт хэмжих хэрэгслийг ашиглан . Гэвч Кавендишийн энэхүү бүтээл, мөн түүнийг 1785 онд Кулонбын нийтэлсэн хуультай адил цахилгаан харилцан үйлчлэлийн хуулийг бий болгоход хүргэсэн цахилгааны талаархи бусад судалгаа нь 1879 он хүртэл тодорхойгүй хэвээр байв. Зөвхөн энэ жил Кавендишийн дурсамжийг бичсэн байна Кавендишийн бараг бүх туршилтыг давтаж, тэдгээрийн талаар маш их үнэ цэнэтэй зааварчилгаа өгсөн Максвелл олон нийтэд хүргэсэн.

Боломжтой

Дээр дурдсанчлан, Максвеллийн бүтээлүүд гарч ирэх хүртэл электростатикийн үндэс нь Кулоны хууль дээр суурилдаг байв.

C = 1 гэж үзвэл, өөрөөр хэлбэл CGS системийн үнэмлэхүй электростатик нэгж гэж нэрлэгддэг цахилгаан эрчим хүчний хэмжээг илэрхийлэхдээ Кулонын энэхүү хууль дараахь илэрхийллийг хүлээн авна.

Тиймээс координат нь (x, y, z) байгаа цэгийн потенциал функц буюу илүү энгийнээр хэлбэл, потенциалыг дараах томъёогоор тодорхойлно.

Интеграл нь өгөгдсөн орон зай дахь бүх цахилгаан цэнэгүүдийг хамардаг бөгөөд r нь dq цэнэгийн элементийн (x, y, z) цэг хүртэлх зайг илэрхийлдэг. Цахилгаанжуулсан биет дээрх цахилгааны гадаргуугийн нягтыг σ, тэдгээрийн цахилгааны эзэлхүүний нягтыг ρ-ээр тэмдэглэв.

Энд dS нь биеийн гадаргуугийн элемент, (ζ, η, ξ) - биеийн эзэлхүүний элементийн координатыг илэрхийлнэ. (x, y, z) цэг дээрх эерэг цахилгаан нэгжийн мэдрэх F цахилгаан хүчний координатын тэнхлэг дээрх төсөөллийг томъёоны дагуу олно.

V = тогтмол байх бүх цэгийн гадаргууг эквипотенциал гадаргуу буюу энгийнээр хэлбэл тэгш гадаргуу гэж нэрлэдэг. Эдгээр гадаргуугийн ортогональ шугамууд нь цахилгаан хүчний шугамууд юм. Цахилгаан хүчийг илрүүлж болох орон зайг цахилгаан орон гэж нэрлэдэг. Энэ талбайн аль ч цэгт нэгж цахилгаанд үзүүлэх хүчийг тухайн цэгийн цахилгаан орны хүчдэл гэж нэрлэдэг. V функц нь дараах шинж чанаруудтай: энэ нь тодорхойгүй, хязгаарлагдмал, тасралтгүй. Үүнийг мөн алслагдсан цэгүүдэд 0 болгохоор тохируулж болно өгөгдсөн хуваарилалтхязгааргүй зайд цахилгаан . Потенциал нь аливаа дамжуулагч биеийн бүх цэгүүдэд ижил утгыг хадгалдаг. Бүх онооны хувьд бөмбөрцөг, мөн газартай холбогдсон бүх металл дамжуулагчийн хувьд V функц нь 0-тэй тэнцүү байна (энэ нь "Цахилгаанжуулалт" нийтлэлд дурдсан Вольта үзэгдэлд анхаарал хандуулдаггүй). Орон зайн нэг хэсгийг бүрхсэн S гадаргуугийн аль нэг цэгт эерэг цахилгааны нэгжийн мэдрэх цахилгаан хүчний хэмжээг F-ээр, энэ хүчний S гадаргуугийн гаднах нормальтай чиглүүлэхээс үүсэх өнцгийг ε-ээр тэмдэглэнэ. яг тэр мөчид бидэнд байна

Энэ томьёоны хувьд интеграл нь бүхэл бүтэн S гадаргуу дээгүүр тархах ба Q нь хаалттай S гадаргууд агуулагдах цахилгааны хэмжигдэхүүнүүдийн алгебрийн нийлбэрийг илэрхийлнэ. Тэгш байдал (4) нь Гауссын теорем гэгддэг теоремыг илэрхийлнэ. Гаусстай нэгэн зэрэг ижил тэгш байдлыг Грин олж авсан тул зарим зохиогчид энэ теоремыг Гринийн теорем гэж нэрлэдэг. Гауссын теоремоос үр дүн гэж гаргаж болно.

энд ρ нь (x, y, z) цэг дээрх цахилгааны эзлэхүүний нягтыг илэрхийлнэ;

Энэ тэгшитгэл нь цахилгаангүй бүх цэгүүдэд хамаарна

Энд Δ нь Лаплас оператор, n1 ба n2 нь цахилгааны гадаргуугийн нягтрал σ, гадаргуугаас нэг чиглэлд эсвэл нөгөө чиглэлд зурсан нормуудыг аль ч гадаргуу дээрх цэгийн нормыг илэрхийлнэ. Пуассоны теоремоос үзэхэд бүх цэг дээр V = тогтмол байх дамжуулагч биеийн хувьд ρ = 0 байх ёстой. Тиймээс потенциалын илэрхийлэл нь дараах хэлбэртэй байна.

Хилийн нөхцөлийг илэрхийлсэн томъёоноос өөрөөр хэлбэл (7) томъёоноос харахад дамжуулагчийн гадаргуу дээр байна.

Түүнчлэн, n нь дамжуулагчаас энэ дамжуулагчтай зэргэлдээх тусгаарлах орчин руу чиглэсэн энэ гадаргуугийн хэвийн байдлыг илэрхийлдэг. Үүнтэй ижил томъёоноос үүнийг гаргаж авдаг

Энд Fn нь дамжуулагчийн гадаргуутай хязгааргүй ойрхон цэгт байрлах эерэг цахилгаан нэгжийн мэдрэх хүчийг илэрхийлдэг бөгөөд энэ байршилд цахилгааны гадаргуугийн нягт нь σ-тэй тэнцүү байна. Энэ байрлалд Fn хүч нь гадаргуу руу хэвийн чиглэнэ. Дамжуулагчийн гадаргуу дээрх цахилгаан давхаргад байрлах эерэг цахилгааны нэгжийн мэдрэх хүчийг энэ гадаргуу руу чиглэсэн гаднах нормаль дагуу илэрхийлнэ.

Тиймээс цахилгаанжуулсан дамжуулагчийн гадаргуугийн нэгж тус бүрээс гаднах хэвийн чиглэлд мэдрэгдэх цахилгаан даралтыг томъёогоор илэрхийлнэ.

Дээрх тэгшитгэл, томьёо нь E.-д авч үзсэн асуудлуудтай холбоотой олон дүгнэлт гаргах боломжийг олгодог. Гэхдээ Максвеллээс өгсөн электростатикийн онолд агуулагдаж буй зүйлийг ашиглавал бүгдийг нь бүр илүү ерөнхий зүйлээр сольж болно.

Максвеллийн электростатик

Дээр дурдсанчлан Максвелл Фарадейгийн санааг тайлбарлагч байсан. Тэрээр эдгээр санааг математик хэлбэрт оруулсан. Максвеллийн онолын үндэс нь Кулоны хуулинд биш, харин дараахь тэгшитгэлээр илэрхийлэгдсэн таамаглалыг хүлээн зөвшөөрөхөд оршдог.

Энд интеграл нь ямар ч битүү гадаргуу дээр сунадаг S, F нь энэ гадаргуугийн элементийн төвд цахилгааны нэгжид үзүүлэх цахилгаан хүчний хэмжээг илэрхийлнэ dS, ε нь гадаргуугийн гаднах нормальтай энэ хүчээр үүссэн өнцгийг илэрхийлнэ. dS, K элемент нь dS элементтэй зэргэлдээх орчны диэлектрик коэффициентийг, Q нь S гадаргууд агуулагдах цахилгааны хэмжигдэхүүнүүдийн алгебрийн нийлбэрийг илэрхийлнэ. (13) илэрхийллийн үр дагавар нь дараах тэгшитгэлүүд юм.

Эдгээр тэгшитгэл нь (5) ба (7) тэгшитгэлээс илүү ерөнхий юм. Эдгээр нь аливаа изотропик тусгаарлагчийн хувьд хамаарна. V функц нь (14) тэгшитгэлийн ерөнхий интеграл бөгөөд K 1 ба K 2 диэлектрик коэффициент бүхий хоёр диэлектрик орчинг тусгаарлах аливаа гадаргуугийн тэгшитгэлийг (15), түүнчлэн V = тогтмол нөхцөлийг хангадаг. авч үзэж буй цахилгаан талбарт байрлах дамжуулагч бүрийн хувьд (x, y, z) цэг дээрх потенциалыг илэрхийлнэ. (13) илэрхийллээс харахад нэгэн төрлийн изотроп диэлектрик орчинд бие биенээсээ r зайд байрлах хоёр цэгт байрлах q ба q 1 хоёр цэнэгийн илэрхий харилцан үйлчлэлийг томъёогоор илэрхийлж болно.

Өөрөөр хэлбэл, Кулоны хуулийн дагуу энэ харилцан үйлчлэл нь зайны квадраттай урвуу пропорциональ байна. (15) тэгшитгэлээс бид дамжуулагчийн хувьд дараахь зүйлийг олж авна.

Эдгээр томьёо нь дээрх (9), (10) ба (12)-аас илүү ерөнхий юм.

dS элементээр дамжин өнгөрөх цахилгаан индукцийн урсгалын илэрхийлэл юм. dS элементийн контурын бүх цэгүүдээр F-ийн чиглэлүүдтэй давхцаж шугам татснаар бид (изотроп диэлектрик орчинд) индукцийн хоолойг олж авдаг. Өөртөө цахилгаан агуулаагүй ийм индукцийн хоолойн бүх хөндлөн огтлолын хувьд энэ нь тэгшитгэлээс (14) дараах байдалтай байх ёстой.

KFCos ε dS = тогтмол

Биеийн аль ч системд цахилгааны нягт нь σ1 ба ρ1 эсвэл σ 2 ба ρ 2 үед цахилгаан цэнэг тэнцвэртэй байвал нягтрал нь σ байсан ч цэнэгүүд тэнцвэрт байдгийг батлахад хэцүү биш юм. = σ 1 + σ 2 ба ρ = ρ 1 + ρ 2  (тэнцвэрт байгаа цэнэгийг нэмэх зарчим). Өгөгдсөн нөхцөлд аливаа системийг бүрдүүлдэг биед цахилгаан эрчим хүчний зөвхөн нэг хуваарилалт байж болохыг батлах нь адилхан хялбар юм.

Газартай холбоотой дамжуулагч хаалттай гадаргуугийн шинж чанар нь маш чухал юм. Ийм хаалттай гадаргуу нь гадаргуугийн гадна талд байрлах аливаа цахилгаан цэнэгийн нөлөөллөөс түүний доторх бүхэл бүтэн орон зайг хамгаалах дэлгэц юм. Үүний үр дүнд цахилгаан хэмжигч болон бусад цахилгаан хэмжих хэрэгсэл нь ихэвчлэн газартай холбогдсон металл хайрцагаар хүрээлэгдсэн байдаг. Туршилтаас харахад ийм цахилгаан Дэлгэцийн хувьд цул металл ашиглах шаардлагагүй бөгөөд эдгээр дэлгэцийг металл тор эсвэл бүр металл сараалжаар хийхэд хангалттай.

Цахилгаанжуулсан биетүүдийн систем нь эрчим хүч, өөрөөр хэлбэл цахилгаан төлөвөө бүрэн алдвал тодорхой хэмжээний ажил гүйцэтгэх чадвартай байдаг. Электростатикийн хувьд цахилгаанжуулсан биетүүдийн системийн энергийн хувьд дараахь илэрхийлэлийг гаргаж авдаг.

Энэ томьёоны хувьд Q ба V нь тухайн систем дэх цахилгаан эрчим хүчний аль ч хэмжээ ба энэ хэмжээ байрлах газрын потенциалыг тус тус илэрхийлнэ; ∑ тэмдэг нь тухайн системийн бүх Q хэмжигдэхүүнд VQ бүтээгдэхүүний нийлбэрийг авах ёстойг харуулж байна. Хэрэв биеийн систем нь дамжуулагчийн систем юм бол ийм дамжуулагч бүрийн хувьд потенциал нь энэ дамжуулагчийн бүх цэгүүдэд ижил утгатай байдаг тул энэ тохиолдолд энергийн илэрхийлэл дараах хэлбэртэй байна.

Энд 1, 2.. n нь системийг бүрдүүлдэг янз бүрийн дамжуулагчийн дүрс юм. Энэ илэрхийллийг бусад хэлбэрээр орлуулж болно, тухайлбал, дамжуулагч биетүүдийн системийн цахилгаан энергийг эдгээр биетүүдийн цэнэгээс хамаарч эсвэл тэдгээрийн потенциалаас хамааран төлөөлж болно, өөрөөр хэлбэл энэ энергийн хувьд дараахь илэрхийлэлийг хэрэглэж болно.

Эдгээр илэрхийлэлд янз бүрийн коэффициент α ба β нь тухайн систем дэх дамжуулагч биетүүдийн байрлал, тэдгээрийн хэлбэр, хэмжээ зэргийг тодорхойлдог параметрүүдээс хамаардаг. Энэ тохиолдолд β11, β22, β33 гэх мэт хоёр ижил дүрс бүхий β коэффициентүүд нь эдгээр дүрсээр тэмдэглэгдсэн биеийн цахилгаан багтаамжийг (Цахилгааны хүчин чадлыг үзнэ үү), β12, β23 гэх мэт хоёр өөр дүрс бүхий β коэффициентийг илэрхийлнэ. , β24 гэх мэт нь коэффициентүүдийг илэрхийлнэ харилцан индукцдүрс нь энэ коэффициентийн хажууд байгаа хоёр бие. Илэрхийлэлтэй байх цахилгаан эрчим хүч, бид дүрс нь i бөгөөд энэ биеийн байрлалыг тодорхойлоход үйлчилдэг si параметрийн өсөлтийг хүлээн авдаг аливаа биед үзүүлэх хүчний илэрхийлэлийг олж авдаг. Энэ хүчний илэрхийлэл нь байх болно

Цахилгаан энергийг өөр аргаар, тухайлбал дамжуулан илэрхийлж болно

Энэ томъёонд интеграл нь бүхэл бүтэн хязгааргүй орон зайг хамардаг бөгөөд F нь эерэг цахилгааны нэгжийн (x, y, z) цэгт үзүүлэх цахилгаан хүчний хэмжээ, өөрөөр хэлбэл тухайн цэг дэх цахилгаан талбайн хүчдэл, ба K нь ижил цэг дээрх диэлектрик коэффициентийг илэрхийлнэ. Дамжуулагч биетүүдийн системийн цахилгаан энергийн илэрхийлэлд энэ энерги нь зөвхөн тусгаарлагч орчинд тархсан гэж үзэж болох бөгөөд диэлектрик элементийн dxdyds нь энергийг эзэлдэг.

Илэрхийлэл (26) нь Фарадей, Максвелл нарын боловсруулсан цахилгаан процессын талаархи үзэл бодолтой бүрэн нийцэж байна.

Электростатикийн маш чухал томьёо бол Грийн томъёо юм, тухайлбал:

Энэ томьёонд гурвалсан интеграл хоёулаа дурын А орон зайн нийт эзэлхүүнийг, давхар интеграл нь энэ орон зайг хязгаарлаж буй бүх гадаргууд, ∆V ба ∆U нь V ба U функцийн хоёр дахь деривативын x, y-ийн нийлбэрийг илэрхийлнэ. , z; n нь А орон зайн дотор чиглэсэн хязгаарлах гадаргуугийн dS элементийн норм юм.

Жишээ

Жишээ 1

Грийн томъёоны онцгой тохиолдлын хувьд бид дээрх Гауссын теоремыг илэрхийлсэн томъёог олж авдаг. IN Нэвтэрхий толь бичигЦахилгаан эрчим хүчний хуваарилалтын хуулийн талаархи асуултуудыг хөндөх нь зохисгүй юм өөр өөр бие. Эдгээр асуултууд нь математик физикийн маш хэцүү асуудлуудыг илэрхийлдэг бөгөөд ийм асуудлыг шийдвэрлэхэд янз бүрийн аргыг ашигладаг. Бид энд зөвхөн нэг биед, тухайлбал a, b, c хагас тэнхлэг бүхий эллипсоидын хувьд илэрхийлэлийг үзүүлэв. гадаргуугийн нягт(x, y, z) цэг дээрх цахилгаан σ. Бид олдог:

Энд Q нь эллипсоидын гадаргуу дээр байрлах цахилгааны нийт хэмжээг илэрхийлнэ. Эллипсоидын эргэн тойронд диэлектрик коэффициент K бүхий нэгэн төрлийн изотроп тусгаарлагч орчин байх үед түүний гадаргуугийн аль нэг цэгт ийм эллипсоидын потенциалыг дараах байдлаар илэрхийлнэ.

Эллипсоидын цахилгаан багтаамжийг томъёоноос гаргаж авна

Жишээ 2

(14) тэгшитгэлийг ашиглан зөвхөн ρ = 0 ба K = тогтмол гэж тооцож, (17) томъёог ашиглан хамгаалалтын цагираг, хамгаалалтын хайрцаг бүхий хавтгай конденсаторын цахилгаан багтаамжийн илэрхийлэлийг олж болно. диэлектрик коэффициенттэй K. Энэ илэрхийлэл нь иймэрхүү харагдаж байна

Энд S нь конденсаторыг цуглуулах гадаргуугийн хэмжээг, D нь тусгаарлагч давхаргын зузааныг илэрхийлнэ. Хамгаалалтын цагираг, хамгаалалтын хайрцаггүй конденсаторын хувьд томьёо (28) нь зөвхөн цахилгаан чадавхийг ойролцоогоор илэрхийлнэ. Ийм конденсаторын цахилгаан багтаамжийн хувьд Кирхгофын томъёог өгсөн болно. Хамгаалалтын цагираг, хайрцаг бүхий конденсаторын хувьд ч гэсэн томъёо (29) нь цахилгаан чадлын бүрэн хатуу илэрхийлэл биш юм. Максвелл илүү хатуу үр дүнд хүрэхийн тулд энэ томъёонд ямар залруулга хийх ёстойг зааж өгсөн.

Хавтгай конденсаторын энергийг (хамгаалалтын цагираг, хайрцагтай) дамжуулан илэрхийлнэ

Энд V1 ба V2 нь конденсаторын дамжуулагч гадаргуугийн потенциалууд юм.

Жишээ 3

Бөмбөрцөг конденсаторын хувьд цахилгаан багтаамжийн илэрхийлэлийг авна.

Үүнд R 1 ба R 2 нь конденсаторын дотоод болон гадаад дамжуулагч гадаргуугийн радиусыг тус тус илэрхийлнэ. Цахилгаан энергийн илэрхийлэл (томьёо 22) ашиглан үнэмлэхүй ба квадрантын электрометрийн онолыг хялбархан тогтооно.

Аливаа бодисын диэлектрик коэффициент K-ийн утгыг олохын тулд электростатикийн бараг бүх томъёонд багтсан коэффициентийг олох боломжтой. янз бүрийн арга замууд. Хамгийн түгээмэл хэрэглэгддэг аргууд нь дараах байдалтай байна.

1) Ижил хэмжээ, хэлбэртэй хоёр конденсаторын цахилгаан багтаамжийг харьцуулах, гэхдээ нэгнийх нь тусгаарлагч давхарга нь агаарын давхарга, нөгөө нь турших диэлектрикийн давхарга юм.

2) Конденсаторын гадаргуугийн хоорондох таталцлын харьцуулалт, эдгээр гадаргууд тодорхой боломжит зөрүү өгөгдсөн боловч нэг тохиолдолд тэдгээрийн хооронд агаар байгаа (татах хүч = F 0), нөгөө тохиолдолд туршилтын шингэний тусгаарлагч (сэтгэл татахуйц) хүч = F). Диэлектрикийн коэффициентийг дараах томъёогоор олно.

3) Утасны дагуу тархаж буй цахилгаан долгионы ажиглалт (Цахилгаан чичиргээг үзнэ үү). Максвеллийн онолын дагуу цахилгаан долгионы утаснуудын дагуу тархах хурдыг томъёогоор илэрхийлдэг.

K нь утсыг тойрсон орчны диэлектрик коэффициентийг илэрхийлдэг бол μ нь энэ орчны соронзон нэвчих чадварыг илэрхийлдэг. Бид биетүүдийн дийлэнх хэсэгт μ = 1-ийг тавьж болох тул энэ нь гарч байна

Ихэвчлэн агаарт болон туршилтын диэлектрик (шингэн) -д байрлах ижил утасны хэсгүүдэд үүсдэг цахилгаан долгионы уртыг харьцуулдаг. Эдгээр λ 0 ба λ уртыг тодорхойлсны дараа бид K = λ 0 2 / λ 2-ийг олж авна. Максвеллийн онолын дагуу аливаа тусгаарлагч бодист цахилгаан орон өдөөгдсөн үед энэ бодисын дотор тусгай хэв гажилт үүсдэг. Индукцийн хоолойн дагуу тусгаарлагч орчин нь туйлширсан байдаг. Үүний дотор цахилгаан шилжилт үүсдэг бөгөөд үүнийг эдгээр хоолойн тэнхлэгийн дагуух эерэг цахилгааны хөдөлгөөнтэй адилтгаж болох бөгөөд хоолойн хөндлөн огтлол тус бүрээр тэнцүү хэмжээний цахилгаан дамждаг.

Максвеллийн онол нь тэдгээрийн илэрхийлэлийг олох боломжийг олгодог дотоод хүч(хүчдэл ба даралтын хүч) нь диэлектрикт цахилгаан орон өдөөх үед гарч ирдэг. Энэ асуултыг эхлээд Максвелл өөрөө авч үзсэн бөгөөд хожим нь Гельмгольц илүү нарийвчлан авч үзсэн. Энэ асуудлын онолын цаашдын хөгжил ба цахилгаан гүйдлийн онолын нягт уялдаатай онол (өөрөөр хэлбэл диэлектрикт цахилгаан орон өдөөгдсөн үед тусгай хүчдэл үүсэхээс хамаардаг үзэгдлүүдийг авч үздэг онол) нь Лорберг, Кирхгофын бүтээлүүдэд хамаарна. , Duhem, N. N. Schiller болон бусад

Хилийн нөхцөл

Дуусцгаая хураангуйЦахилгааны тэнхимийн хамгийн чухал хэсэг бол индукцийн хоолойн хугарлын асуудлыг авч үзэх явдал юм. Бие биенээсээ ямар нэгэн S гадаргуугаар тусгаарлагдсан, K 1 ба K 2 диэлектрик коэффициент бүхий хоёр диэлектрикийг цахилгаан талбарт төсөөлье. P 1 ба P 2 цэгүүдэд түүний аль аль талд нь S гадаргууд хязгааргүй ойрхон байрладаг ба потенциалын хэмжээг V 1 ба V 2-оор илэрхийлж, эерэг цахилгааны нэгжийн мэдрэх хүчний хүчийг дээр байрлуулна. Эдгээр цэгүүдийг F 1 ба F 2-оор дамжуулна. Дараа нь S гадаргуу дээр байрлах P цэгийн хувьд V 1 = V 2 байх ёстой.

Хэрэв ds нь P цэгт S гадаргуутай шүргэгч хавтгайн огтлолцох шугамын дагуух хязгааргүй бага шилжилтийг энэ цэгт гадаргуугийн нормаль шугамаар дамжин өнгөрөх ба түүн дэх цахилгаан хүчний чиглэлийг илэрхийлдэг бол. Нөгөө талаар ийм байх ёстой

Нормаль n 2 (хоёр дахь диэлектрик дотор) F 2 хүчээр үүсгэсэн өнцгийг ε 2-оор, мөн ижил хэвийн n 2-тай F 1 хүчээр үүссэн өнцгийг ε 1-ээр тэмдэглэе. Дараа нь (31) томъёог ашиглан. ) ба (30)-ыг бид олдог

Тиймээс хоёр диэлектрикийг бие биенээсээ тусгаарлах гадаргуу дээр цахилгаан хүч нь нэг орчноос нөгөөд орох гэрлийн туяа шиг чиглэлээ өөрчилдөг. Онолын энэ үр дагавар нь туршлагаар зөвтгөгддөг.

Википедиагийн материал - үнэгүй нэвтэрхий толь