ЭЛЕКТРОСТАТИКАЛЫҚ ӨРІС КҮШТЕРІНІҢ ЖҰМЫСЫ. ПОТЕНЦИАЛ. ПОТЕНЦИАЛДАР АЙЫРМАСЫНА ТҮСІНІКТЕМЕ

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 7 бет
Таңдаулыға:

41. ЭЛЕКТРОСТАТИКАЛЫҚ ӨРІС КҮШТЕРІНІҢ ЖҰМЫСЫ. ПОТЕНЦИАЛ. ПОТЕНЦИАЛДАР АЙЫРМАСЫНА ТҮСІНІКТЕМЕ. , мұндағы - күш векторымен -орын ауыстыру арасындағы бұрыш. Кулон заңы мен қатынасын пайдаланып, келесі өрнекті аламыз

Осы өрнегінен шығатыны, жұмыс орын ауыстыру траекториясына тәуелсіз, тек Q ₀ зарядының бастапқы 1 және соңғы 2 орындарымен ғана анықталады. Сондықтан электростатикалы қ ө ріс - потенциалды ө ріс , ал электростатикалы қ к ү ш - консервативті к ү ш болып саналады . Электростатикалық күш жұмысы потенциалды энергияның теріс өзгерісіне тең және мына түрде жазылады Өріс күшінің потенциалы 1 нүктеден потенциалы 2 нүктеге Q ₀ зарядтың орнын ауыстыруға жасайтын жұмысы өрнегімен анықталады. Потенциал φ -электростатикалық өрiстi энергетикалық сипаттайтын скаляр шама. Ол өрiс зарядының потенциалдық энергиясының осы зарядқа қатынасына тең:Потенциал өрiстiң берiлген нүктедегi q зарядының потенциалдық энергиясын анықтайды. Практикалық мәнге ие болатын нүктедегi потенциалдың өзi емес, потенциалдың өзгерiсi, яғни потенциалдың санақ басын таңдап алуға тәуелсiз шама-потенциалдар айырымы. Екi нүкте арасындағы потенциалдар айырымы (кернеу) зарядтың бастапқы нүктеден соңғы нүктеге орынауыстырғанда электростатикалық өрiс жұмысының зарядқа қатынасына тең: (4. 11) Егер 1 Кл заряд бiр нүктеден екiншi нүктеге орынауыстырғанда электр өрiсi 1 Дж жұмыс жасаса, онда бұл екi нүкте арасындағы потенциалдар айырымы бiрге тең. Бұл бiрлiк вольт Вдеп аталады1В= 1Дж/1Кл.

42. ЭЛЕКТР ӨРІСІ КЕРНЕУЛІГІ МЕН ПОТЕНЦИАЛ АРАСЫНДАҒЫ БАЙЛАНЫС. Күш пен потенциалдық энергия электр өрісін сипаттайтын шамалармен келесі түрде байланысады: және

Электр өрісінің кернеулігі теріс таңбамен алынған потенциалдың градиентіне тең болады. екенін ескерсек, скаляр түрде Потенциалдары бірдей нүктелердің жиынтығын эквипотенциал бет деп атайды. 43. ДИЭЛЕКТРИКТЕРДЕГІ ЭЛЕКТР ӨРІСІ. ДИЭЛЕКТРИКТЕРДІҢ ПОЛЯРИЗАЦИЯЛАНУЫ. ЭЛЕКТР ЫҒЫСУ ВЕКТОРЫН ТҮСІНДІРІҢІЗ. Диэлектриктер-электр өткізбейтін заттар оң зарядтар мен теріс зарядтары тең мөлшерде болып келетін молекулалардан немесе диэлектрик ішінде емін еркін қозғала алмайтын иондардан тұрады. Сыртқы электр өрісі болмаған кезде оң және теріс зарядтардың ауырлық центрлері бір-біріне қатысты дәл келуі де немесе ығысқан болуы да мүмкін. Диэлектриктердегі өріс . Вакуумда әр аттас зарядталған шексіз екі жазықтық туғызған өрісті қарастыралық. Өріске біртекті диэлектрик пластинканы орналастыратын болсақ, қорытқы өріс мынаған тең болады Өрістің әсерінен диэлектрик поляризацияланады да оның бетінде тығыздығы байланысқан зарядтар пайда болады. Бұл зарядтар пластинканың ішінде кернеулігі -ге тең болатын біртекті өрісті туғызады. Сондықтан: Өрістің кернеулігі шамасына тең. Бұдан, .

Диэлектриктерде зарядталған еркінбөлшектер жоқ. Дегенмен электр өрісінің әсерінен диэлектрлік молекулаларының құрамына кіретін оң бөлшектер өріс бағытымен, ал теріс бөлшектер өріске қарсы жылжиды, сөйтіп әрбір молекулалар поляризацияланады(полюстер алады. ) . Осының салдарынан диэлектрликтің өріспен бағыттас жағы оң, қарама-қарсы жағы теріс зарядталады. Бұл құбылысты диэлектриктің поляризациялануы деп атайды. Поляризацияланғыш диэлектрик сыртқы поляризациялаушы өріске қарсы қосымша электр өрісін тудырады. Сондықтан диэлектриктердегі өріс сыртқы тудырады. Сондықтан диэлектриктердегі өріс сыртқы өрістен кем болады. Поляризацияланған диэлектриктің тудыратын электр өрісін сан жағынан сипаттау үшін поляризацияланғыштық деген шама өндіріледі. Бұл шама поляризацияланған диэлектриктің бірлік көлемінің электрлік моменттерінің геометриялық қосындысына тең.

Мұндағы - молекуланың электрлік моменті, n- бірлік көлемдегі молекулалар саны. Кейде поляризацияланғышты поляризацияланған диэлектриктің көлемінің электрлік моментінің осы көлемге қатынасының шегі ретінде де анықтайды. Өрісті есептеу көп жағдайда қосымша шаманы енгізумен жеңілдетіледі. Ол шаманың көзі тек еркін зарядтар болып табылады және электрлік ы ғ ысу немесе электр индукциясы деп аталады: (2. 8) Ығысу векторы екі түрлі физикалық шамалардың қосындысынан тұрады: және , сондықтан ол көмекші вектор, оның қандай да бір физикалық мағынасы жоқ, көп жағдайда диэлектриктердегі электр өрісін оқып үйренуге жеңілдік жасайды. Т ұ йы қ тал ғ ан бет ар қ ылы ө тетін электр ы ғ ысу векторыны ң а ғ ыны осы бет ішіндегі еркін зарядтарды ң алгебралы қ қ осындысына те ң: (2. 9)

Бұл электр ығысу векторы үшін Гаусс теоремасы. (2. 4) өрнектегі мәнін (2. 8) өрнегіне қойып алатынымыз немесе (2. 10)

мұндағы -диэлектриктің негізгі электрлік сипаттамасы болып табылатын заттың диэлектрлік өтімділігі. Электрлік ығысудың өлшем бірлігі - Кл/м ² .

ЭЛЕКТР ӨРІСІНДЕГІ ӨТКІЗГІШТЕР. ЭЛЕКТР СЫЙЫМДЫЛЫҚ. КОНДЕНСАТОРЛАР. КОНДЕНСАТОРЛАРДЫ ТІЗБЕКТЕЙ ЖӘНЕ ПАРАЛЛЕЛЬ ҚОСУ. ЭЛЕКТР ӨРІСІНІҢ ЭНЕРГИЯСЫН СИПАТТАҢЫЗ. Өткізгіштердің электрлік қасиеттері олардағы еркін зарядталған бөлшектердің болуымен сипатталады. Мысалы, металлдарда еркін электрондар болады. Электр өрісіне өткізгішті енгізгенде ондағы еркін зарядтар ығысып, қайта таралып орналасады. Зарядтардың бұл қайта таралып орналасуы өткізгіш ішіндегі электр өрісі нольге тең болғанша жүреді. Өткізгіш сыртқы электр өрісінде тұрса электр өрісінің әсерінен, оның еркін зарядтары қозғалысқа келедіСыртқы өрістің кернеулігінің бағытында оң зарядтар, ал кернеуліктің бағытына қарама қарсы бағытта теріс зарядтар қозғалады. Сүйтіп, бар зарядтар орын ауыстырып болған соң, зарядтардың қозғалысы тоқтайды да өткізгіштің ішінде. Сыртқы өрістің бағытына қарама -қарсыөріс пайда болады. Осы екі өріс бірін-бірі теңестіріп, өткізгіштің ішіндегі қорытқы өріс нулге тең болады. Өткізгіштегі зарядтар сыртқы өрістің әсерінен өткізгіштің беткі қабатында орналасады. Егер өткізгішке бір q заряды берілсе, онда ал өткізгіштің ішіндегі өріс кернеулігіболатындай таралады. Сонда өткізгіш бетінің кез келген екі нүктесіндегі заряд тығыздықтарының қатынасы зарядтың кезкелген шамасы үшін бірдей болады. Сыртқы электр өрісіндегі өткізгіштерде келесі шарттар орындалады: 1. Электр өрісіндегі өткізгіштің ішіндегі электр өрісінің кернеулігі нольге тең, ; 2. Өткізгіш бетіндегі кез келген нүктедегі электр өрісінің кернеулігі өткізгіш бетіне нормаль бағытталады, ; 3. Өткізгіш беті эквипотенциал бет болып табылады; 4. Өткізгіштің ішіндегі кез-келген көлем үшін Остроградский-Гаусс теоремасы келесі түрде жазылады:

5. Өткізгіш бетіндегі кез-келген тұйық бет үшін Остроградский-Гаусс теоремасы мына түрде жазылады: Өткізгіштің сыйымдылығы оның формасы мен өлшеміне тәуелді де, бірақ өткізгіштің тегіне, агрегаттық күйіне және оның қыртыстарының өлшемдеріне тәуелсіз. Мұны зарядтардың өткізгіштің сыртқы қабатына (беттеріне) орналасуынан деп түсіну керек.

; Сонда, , ал бұл шама жердің радиусынан 1500 есе үлкен. Конденсаторлар . Оңашаланған өткізгіштердің сыйымдылығы аз болады. Практикада өзін қоршаған денелер мен салыстырғанда шамалы потенциалы бола тұрып шамасы едәуір зарядтарды жинақтайтын қондырғылар қажет болады. Осындай қондырғыларды конденсаторлар деп атайды. Конденсаторлар жасалу түріне байланысты, цилиндр концентрлі сфера, жазық конденсаторлар болып келеді. Енді екі зарядталған параллель пластинкадан тұратын жазық конденсатордың сыйымдылығын анықтаймыз.

; (1. 25) Екі пластинканың арасындағы өріс кернеулігі: ;

мұндағы ; зарядтың беттік тығыздығы. Астарлардың арасындағы потенциалдар айырмасы:

осыдан ; (1. 26) мұндағы d -конденсаторлардың астарларының арақашықтығы. астарларының арасындағы диэлектрдің өтімділігі. 1. Конденсаторлардың параллель қосу. Конденсаторларды параллель қосқанда олардың астарларының потенциалдары де сыйымдылықтары зарядтары болады. Жеке конденсатордың астарлары үшін зарядтардың шамалары:

. Барлық батареялардың толық сыйымдылығы Сүйтіп параллель қосқанда конденсаторлардың сыйымдылығы қосылады.

2. Тізбектей қосу. Тізбектей қосылған конденсаторлардың астарларындағы зарядтар тең болады, бірақ потенциалдар айырмасы мен сыйымдылықтары әртүрлі болады.

Барлық батарея үшін потенциалдар айырмасы