ЭЛЕКТРОСТАТИКА üЭлектр зарядтарының сақталу заңы ü Кулон заңы ü Электр өрісінің кернеулігі ü Электростатикалық өрістер үшін суперпозиция принципі. Дипольдің өрісі ü Электростатикалық өрістің кернеулік векторының циркуляциясы ü Электростатикалық өрістің потенциалы. Эквипотенциал беттер ü Диэлектриктердің поляризациясы ü Электр өрісіндегі өткізгіштер. Оңашаланған өткізгіштің электр сиымдылығы. Конденсаторлар
Электр зарядтарының сақталу заңы Американдық физик Р. Милликен тәжірибе жүзінде (1910 – 1914) электр зарядының дискреттілігін дәлелдеді: кез келген дененің заряды элементар е электр зарядына (е = 1, 6·10 -19 Кл) еселі болып келеді. Оң және теріс элементар электр зарядтарының тасымалдаушылары протон (mp=1, 67 ·10 -27 кг) және электрон (me = 9, 11·10 -31 кг). 1943 жылы ағылшын физигі М. Фарадей эксперименттің көмегімен табиғаттың іргелі заңдарының бірі – зарядтың сақталу заңын тұжырымдады: кез келген тұйық жүйенің электр зарядтарының алгебралық қосындысы, осы жүйенің ішінде қандай процестер жүргенімен, тұрақты болып қалады. Электр заряды релятивтік инвариантты шама, яғни санақ жүйесіне тәуелді емес.
Денелер құрамындағы еркін зарядтардың концентрациясына байланысты өткізгіштер, диэлектриктер және жартылай өткізгіштер болып бөлінеді. Электр заряды бүкіл көлемі бойынша қозғала алатын денелерді өткізгіштер деп атайды. Өткізгіштер екі топқа бөлінеді: 1) бірінші текті өткізгіштер (металдар) – ондағы зарядтардың (еркін электрондардың) тасымалы кезінде химиялық өзгерістер болмайды; 2) екінші текті өткізгіштер ( мысалы, балқытылған тұздар, қышқылдың ерітінділері) – ондағы зарядтардың (оң және теріс иондардың) тасымалы химиялық өзгерістерге алып келеді. Диэлектриктер (мысалы, әйнек, пластмасса) – еркін заряд тасымалдаушылары болмайтын заттар. Жартылай өткізгіштер (мысалы, германий, кремний) өткізгіштер мен жартылай өткізгіштер аралығындағы орынды алады.
Кулон заңы: Вакуумдегі қозғалмайтын екі нүктелік зарядтардың F өзара әсерлесу күші q 1 және q 2 зарядтарға тура пропорционал және олардың арасындағы r қашықтықтың квадратына кері пропорционал: – пропорционалдылық коэффициенті ε 0 = 8, 85·10 -12 Кл 2/(Н·м 2) немесе ε 0 = 8, 85·10 -12 Ф/м – электрлік тұрақты Өрістің берілген нүктесінде орналасқан бірлік оң сынақ зарядына әсер ететін күшпен анықталатын физикалық шаманы осы нүктедегі электростатикалық өрістің кернеулігі деп атайды.
Вакуумдегі нүктелік зарядтың кернеулігі: Әрбір нүктесіне жүргізілген жанама кернеулік векторының E A бағытымен сәйкес келетін сызықтарды кернеулік сызықтары деп атайды. Біртекті өрістің кернеулік сызықтары кернеулік векторына параллель болады. d. S аудан арқылы өтетін кернеулік векторының ағыны: + A E Кез келген тұйық контур үшін: + -
Электростатикалық өрістердің суперпозиция принципі: электр зарядтарының жүйесі жасайтын қорытынды өрістің кернеулігі осы нүктеде әр заряд туғызатын өрістердің кернеуліктерінің геометриялық қосындысына тең: Араларындағы қашықтық қарастырылып отырған өрістің нүктесіне дейінгі қашықтықпен салыстырғанда мейлінше аз болатын, модульдері бойынша тең әр аттас екі зарядтан тұратын жүйені электрлік диполь деп атайды. p – дипольдің электрлік l моменті немесе дипольдік -q +q момент
l EE+ O B + r EA E+
Вакуумдағы электростатикалық өріс үшін Гаусс теоремасы: кез келген тұйық бетті тесіп өтетін вакуумдегі электростатикалық өрістің кернеулік векторының ағыны осы беттің ішіндегі электр зарядтарының алгебралық қосындысын ε 0 – ге бөлгенге тең:
Электростатикалық өрістің кернеулік векторының циркуляциясы 2 1 + + q Кернеулік векторының циркуляциясы:
Электростатикалық өрістің потенциалы. Эквипотенциал беттер – потенциалдық энергия – потенциал деп аталатын электростатикалық өрістің энергетикалық характеристикасы. – нүктелік зарядтың өрісінің потенциалы. Потенциал мен кернеулік арасындағы өзара байланыс: Барлық нүктелеріндегі потенциалдардың мәндері бірдей болатын беттерді эквипотенциал беттер деп атайды. Кернеулік сызықтары эквипотенциал беттерге әрқашан перпендикуляр болады. Эквипотенциал бет бойымен зарядты тасымалдау жұмысы нольге тең.
Диэлектриктердің поляризациясы Диэлектриктердің түрлері: • Молекулаларының құрылымы симметриялы (N 2, H 2, O 2, CH 4, …) заттар, яғни сыртқы электр өрісі болмаған жағдайда молекуладағы оң және теріс зарядтарының «ауырлық центрлері» беттеседі, ендеше, молекуланың дипольдік моменті нольге тең. Мұндай диэлектриктердің молекулалары полярлы емес деп аталады. • Молекулаларының құрылымы асимметриялы (H 2 O, NH 3 , SO 2, CO, …) заттар, яғни сыртқы электр өрісі болмаған жағдайда молекуладағы оң және теріс зарядтарының «ауырлық центрлері» беттеспейді, ендеше, молекуланың дипольдік моменті нольге тең емес. Мұндай диэлектриктердің молекулалары полярлы деп аталады. Бірақ, сыртқы электр өрісі болмаған жағдайда полярлы молекулалардың дипольдік моменттері жылулық қозғалыстың нәтижесінде кеңістікте ретсіз, хаосты бағытталған және олардың қорытынды моменті нольге тең. • Молекулаларының құрылымы иондық (Na. Cl, KBr, …) заттар. Иондық кристалдар әртүрлі таңбалы иондар дұрыс кезектесіп орналасатын кеңістіктік торлар болып табылады.
Сыртқы электр өрісінің әсерінен дипольдардың өріс бойымен бағытталу немесе өріс бойымен бағытталған дипольдардың пайда болу процестерін диэлектриктің поляризациялануы деп атайды. Диэлектриктердің үш тобына сәйкес поляризацияның үш түрі бар: • электрондық, немесе деформациялық, поляризация; • ориентациялық, немесе дипольдық, поляризация; • иондық поляризация. Диэлектриктің бірлік көлемінің дипольдық моменті ретінде анықталатын векторлық шаманы поляризациялану деп атайды. Тәжірибе бойынша: +σ -σ – ортаның диэлектрлік өтімділігі
Электр өрісіндегі өткізгіштер. Оңашаланған өткізгіштің электр сиымдылығы. Конденсаторлар Сыртқы электростатикалық өрістің әсерінен өткізгіш бетінде зарядтардың қайта таралу құбылысын электростатикалық индукция деп атайды. – оңашаланған өткізгіштің электр сиымдылығы 1 Ф (фарад) – 1 Кл заряд бергенде потенциалы 1 В – қа өзгеретін оңашаланған өткізгіштің электр сиымдылығы. С 0, 7 м. Ф – Жердің электр сиымдылығы
Диэлектрикпен бөлінген екі өткізгіштен тұратын жүйені конденсатор деп атайды. Жазық конденсатордың сиымдылығы: Цилиндрлік конденсатордың электр сиымдылығы: Сфералық конденсатордың электр сиымдылығы: Конденсаторлардың параллель қосылуы. Конденсаторлардың тізбектеп қосылуы
Қозғалмайтын нүктелік зарядтар жүйесінің энергиясы Оңашаланған зарядталған өткізгіштің энергиясы: Зарядталған конденсатордың энергиясы: Электростатикалық өрістің энергиясы: – электростатикалық өріс энергиясының көлемдік тығыздығы – электрлік ығысу векторы
Скачать презентацию ЭЛЕКТРОСТАТИКА üЭлектр зарядтарының сақталу заңы ü Кулон заңы
10 электростатика.pptx