ЭЛЕКТРСТАТИКА Электрстатика – тыныштықтағы зарядтардың физикасын қарастыратын электр бөлімі. Оқшауланған жүйеде зарядтардың алгебралық қосындысы тұрақты болып қалады. Нүктелік заряд – сызықтық өлшемдері әсерлесуші зарядталған денелердің ара қашықтығынан өте аз болып келетін денеде орналасқан заряд. Кулон заңы : вакуумда орналасқан екі q 1 және q 2 нүктелік зарядтардың өзара әсерлесу күші олардың шамаларының көбейтіндісіне тура, ал ара қашықтығының квадратына кері пропорционал болады. q 2 мұндағы F 12 - бірінші зарядқа екінші зарядтың әсер етуші күші, r 12 - бірінші зарядтан екінші зарядқа бағытталған радиус-вектор. q 1 Егер зарядтар аттас болса, онда F 12 мен r 12 –нің бағыты бағыттас болады. Зарядтар әр аттас болса F 12 мен r 12 –нің бағыты қарама-қарсы болады. 1
Бұл теңдеу аттас зарядтардың бірін-бірі тебетіндігін, әр аттас зарядтардың бірін-бірі тартатындығын көрсетеді. мұндағы k - өлшем жүйесіне байланысты болатын пропорционалдық коэфффициент. Аттас зарядтар үшін (q 1>0 және q 2>0 немес q 1<0 және q 2<0) F>0, ал зарядтар әр аттас болса, F<0 болады. Егер де әсерлесуші зарядтар вакуумда емес, қандай да бір ортада орналасқан болса, онда Кулон заңы былай жазылады : мұндағы – диэлектрлік өтімділік. Вакуум үшін = 1 болады. Екі зарядтың ара қашықтығы r = 1 м, заряды q=1 Кл болған кездегі ε 0 - электр тұрақтысы. 2
ЭЛЕКТР ӨРІСІ ЖӘНЕ ОНЫҢ КЕРНЕУЛІГІ Электр өрісінің кернеулігі : өріс тарапынан әсер етуші күштің өріске енгізілген зарядтың шамасына q 0 қатынасын электр өрісінің кернеулігі деп атайды. Егер өріс көзінің заряды q болса, онда Кулон заңына сүйене отырып Егер өріс туғызушы заряд бірнеше нүктелік зарядтардың жүйесі болса, қорытқы өріс кернеулігі әрбір нүктелік заряд кернеулігінің векторлық қосындысына тең болады: 3
Электр өрісін график түрінде электр күш сызықтары (кернеулік сызықтары) деп аталатын сызықтармен өрнектеуге болады. Бұл сызықтарға өрістің әр нүктесіндегі кернеуліктер жанама болады. Электр күш сызықтары оң зарядтан басталып теріс зарядта аяқталады. 4
ЭЛЕКТРЛІК ДИПОЛЬ Электрлік диполь – бір –бірімен қатаң байланысқан, ара қашықтықтары ℓ, мөлшерлері бірдей, таңбалары қарама-қарсы екі нүктелік зарядтан тұратын жүйе. Осы екі заряд арқылы өтетін түзу сызық – дипольдің өсі деп аталады. Теріс зарядтан оң зарядқа бағытталған, мөлшері екі зарядтың ара қашықтығына тең вектор - дипольдің иіні деп аталады Дипольдің электр моменті – заряд пен диполь иінінің көбейтіндісі. 5
Е векторының ағыны Кез келген ∆S ауданды қиып өтетін E векторының ағыны Мұндағы θ – электр өріс кернеулік векторы мен нормаль вектор арасындағы бұрыш. Мұнда θ θ E ΔS 6
Біртекті емес электр өрісі үшін θ d. S S Кез келген тұйық беттен ағып өткен E векторының ағыны Аудан тұйық болған кезде, оған түсірілген нормальдың оң бағыты ретінде сыртқы нормаль алынады: яғни нормальдың бәрі ауданнан сыртқа қарай бағытталады. 7
Гаусс теоремасы Заряд кез келген пішіндегі тұйықталған беттің ішіне орналасқан делік. Кіші ауданынан өтетін элементар ағын d. S r q S q > 0 болса，ΦE > 0， E, n бағыттас q < 0 болса，ΦE < 0， E, n қарама-қарсы вакуумдегі электр өрісі векторының кез келген пішіндегі тұйық бет бойынша ағыны, оның ішінде жатқан зарядтардың алгебралық қосындысын электр тұрақтысына ε 0 -ге бөлгенге тең. 8
Заряд электр өрісінде орын ауыстырғанда істелетін жұмыс. Нүктелік q зарядының өрісінде екінші нүктелік заряд q 0 Р нүктеден Q нүктеге қисық траекториямен қозғалсын. Істелінетін элементар жұмыс : P dr q 0 r. P θ +q r. Q Егер q 0 көптеген зарядтардың өрісінде қозғалған болса, онда істелген жұмыс Q
Электрстатикалық өрісте зарядтың тұйық контурдың бойымен толық бір айналғандағы жұмысы нөлге тең болады. Бұл интеграл электрстатикалық өрістің кернеулік векторының тұйық контур бойымен циркуляциясы деп аталады. Электрстатикалық өрісте жұмыс зарядтың жүріп өткен жолының траекториясына байланысты емес, ол тек қана бастапқы және соңғы нүктелердың орнымен анықталады. Бұдан шығатын маңызды қорытынды – электрстатикалық өріс Екернеулігінің күш сызықтары тұйық болуы мүмкін емес, олар зарядтарда басталып, зарядтарда аяқталады. Сондықтан электрстатикалық өріс потенциалды, ал электр өріс күші консервативті болады.
2. Электрстатикалық өрістің потенциалы. Потенциалды күш өрісінде консервативтік күштердің жұмысы потенциалдық энергияның кемуі нәтижесінде істелетінін ескере отырып былай жазуға болады: q 0 зарядының q өрісіндегі потенциалдық энергиясы: берілген нүктедегі қатынасының W/q 0 -дің мөлшеріне байланысты емес екені байқалады. Сондықтан бұл қатынас - электрстатикалық өрістің энергетикалық сипаттамасы бола алады. Оны өрістің потенциалы деп атайды: нүктелік зарядтың потенциалы 11
Зарядты өрістің бір нүктесінен оның екінші нүктесіне дейін орын ауыстырғанда істелетін жұмысты төмендегідей түрде жазуға болады: 3. Кернеулік векторы E мен потенциал арасындағы байланыс. Электр векторының төмендегідей өрнегін жазуға болады. - x, y, z – координат өстері бойымен бағытталған бірлік векторлар. Градиент туралы анықтамадан: немесе 12
1. Шексіз, біртекті зарядталған жазықтықтың электр өрісі : мұндағы - зарядтың беттік тығыздығы. Беттен х1 мен х2 қашықтықта жатқан нүктелер арасындағы потенциалдар айырмасы : 2. Параллель орналасқан, бірқалыпты әр аттас зарядтармен зарядталған екі жазықтықтың электр өрісі. Олардың арасындағы қортқы электр өсрісі: Ал жазықтықтықтар сыртында Е=0 болады. Себебі, олардың өрістерінің бағыттары қарама-қарсы да, шамалары кез келген нүктеде бірдей. Демек, электр өрісі тек қана жазықтықтардың арасында болады және ол біртекті. 13
3. Бірқалыпты зарядталған радиусы R сфералық беттердің электр өрісі. Сфера сыртында (r>R) электр өрісінің кернеулігі: (r R). Ал сфера центрінен r 1 мен r 2 қашықтықтарында жатқан нүктелер арасындағы потенциалдар айырмасы (r 1>R, r 2>R): Егер де r < R болса, ондай сфераның ішінде заряд болмай шығады да, соның салдарынан E=0 болады, яғни зарядталған сфераның ішінде электр өрісі болмайды. Ал оның сыртында, яғни өріс нүктелік зарядтың өрісіндей болады. 14
4. Бірқалыпты көлемдік зарядталған, радиусы R шардың электр өрісі. Жалпы заряды q шар сыртында (r>R) орналасқан нүктелер арасындағы потенциалдар айырмасы жоғарғы өрнек бойынша есептелінеді. Шар ішінде орналасқан, шар центрінен r (r <R) қашықтықтағы кез келген нүктедегі электр өрісінің кернеулігі төмендегідей болады: Бұл формула шардың ішкі нүктелеріндегі өрістің кернеулігі r -ке пропорционал өсетінін көрсетеді. Е мен r арасындағы байланыстың графигі келесі суретте келтірілген. 5. Біртекті зарядталған, шексіз, радиусы R цилиндрдің электр өрісі. (r >> R) r < R болғанда, тұйық бет ішінде зарядтар болмайды, сондықтан E=0 15
16
Скачать презентацию ЭЛЕКТРСТАТИКА Электрстатика тыныштықтағы зарядтардың физикасын қарастыратын электр
физика-1_электрстатика.pptx