Электр заряды, зарядының сақталу заңы

Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 15 бет
Таңдаулыға:

М. Өтемісов атындағы Батыс Қазақстан университеті Математика кафедрасы

Жоба тақырыбы: "Электростатика"

Орындаған: Темиргалиева А.
Тасеменова А.
Елеуов С.
Утегенова А.
Тексерген: Кадырова Г. М.

Жоспар:
1.1. Электр заряды, зарядының сақталу заңы. Кулон заңы.
1.2. Электр өрісі. Электр өрісінің кернеулігі.
1.3. Электр - өрісінің күштерінің жұмысы, электр өрісінің потенциалы.
1.4. Электр өрісіндегі өткізгіштер. Диэлектриктер.
1.5. Электр сыйымдылық, конденсатор құрылысы және түрлері, электр өрісінің энергиясы.

Электрстатика -- физиканың инерциялық санақ жүйесімен салыстырғанда қозғалмайтын электр зарядтарының өзара әсерін және олардың тепе-теңдік шартын қарастыратын саласы.

Тыныштықта тұрған электр зарядтарының өрісін электрстатикалық өріс деп, ал сол зарядтардың өзара әсер күшін электрстатикалық күш деп атайды. Электрстатиканың негізіне Кулон заңы алынады. Электрстатикалық күш потенциалдық күшке жатады. Сондықтан электрстатикалық өрістің күштік сипаттамасы - кернеулікпен (Е) қатар, сол өрістің энергетикалық сипаттамасы - потенциал да пайдаланылады. Электрстатикалық заңдары электр аппараттарында, электронды оптикалық приборларда, зарядты бөлшек үдеткіштерінде, т.б. приборлар мен құрылғыларда кеңінен қолданылады.
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Электростатиканы қолдану
Электростатика күнделікті өмірде бізге көбірек таныс,көруге және сезуге мүмкіндік беретін зарядтардың әсер ету құбылысы. Олардың кейбір мысалдары:
Көшіру машиналары және лазерлік принтерлер.
Дефибриллятор, зарядталған электродтар арқылы берілетін жоғарғы кернеудің көмегімен жүрек соғысын қалыпқа келтіру үшін қолданылады.
Отын жанған кезде пайда болатын түтіннің бөлшектерін сүзіп алып жою үшін,шаңды ұстап қалу үшін электрофильтрлерді пайдаланады.
Автомобильдерді электростатикалық күшті пайдалану арқылы бояуға болады. Оң зарядталған бояуды шашырататын заттар бояудың молекулаларын бір-бірінен тебілуге мәжбүрлейді, сол себепті бояу бірқалыпты жайылады. Автомобильдердің корпусы теріс зарядқа ие болғандықтан бояу оған тартылады.
Пештерге арналған электростатикалық фильтрлерде ауаның құрамын шаңның бөлшектерінен тазарту үшін электростатикалық күш пайдаланылады.
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Электрлену. электр зарядтары:
Денелердің электрленуі және электрленген денелердің өзара әсерлесу құбылыстары бұдан 2000 жы бұрын ашылған және электр зарядтары гипотезсымен түсіндірілген.
Бұл гипотезаға сәйкес барлық денелердің құрамында екі текті: оң және теріс зарядтары бар. Біртекті зарядтар бір-бірін тебеді, ал әр текті зарядтар бір-бірін тартады. Егер дененің құрамында оң және теріс зарядтардың саны бірдей болса, онда олардың әсері өзара теңеседі, дене нейтралды, бейтарап.
Егер екі денеде таңбалары бірдей зарядтардың артықшылығы болса, олар бір-бірін тебеді.
Егер бір денеде оң зарядтар артық, ал екінші денеде теріс зарядтар артық болса, олар бір - бірін тартады.
Екі бейтарап дене бір- бірімен жанасқанда, таңбалары бірдей зарядтардың бір бөлігі бір денеден екінше денеге ауысуы мүмкін, онда денелер электрленеді.
1.1.Электр заряды - бөлшектер мен денелердің сыртқы электромагниттік өріспен өзара әсерін, сондай-ақ олардың электрмагниттік өрістерінің өзара байланысын анықтайтын негізгі сипаттамалардың бірі.
Электр зарядының екі тегі болатынын және олардың қасиеттерінің сипатттамаларын Шарль Дюфе (1698-1739) ашты.
Электр заряды 2 түрге ажыратылады және ол шартты түрде оң заряд және теріс заряд деп аталады. Аттас зарядтар бірін-бірі тебеді, ал әр аттас зарядтар бірін-бірі тартады. Дененің электр заряды оның құрамына енетін барлық бөлшектің Электр зарядының алгебр. қосындысына тең. Электр заряды дискретті, яғни барлық бөлшектер мен денелердің электр заряды еселі болып келетін ең кіші элементар электр заряды болады. Оқшауланған электр жүйесінде зарядтың сақталу заңы орындалады. Қозғалмайтын электр зарядының арасындағы өзара әсер Кулон заңымен, ал электр заряды және оның эл.-магн. өрісінің арасындағы байланыс Максвелл теңдеуімен сипатталады. Заттағы өрісті қарастырған кезде электр заряды еркін заряд және байланысқан заряд болып ажыратылады. Электр зарядының бірліктердің халықаралық жүйесіндегі (СИ) өлшеу бірлігі - кулон (к).
Зарядтың сақталу заңы - кез келген тұйық жүйенің (электрлік оқшауланған) электр зарядтарының алгебралық қосындысының өзгермейтіндігі (сол жүйе ішінде қандай да бір процестер жүрсе де) туралы табиғаттың іргелі дәл заңдарының бірі. Ол 18 ғ-да дәлелденген. Теріс электр зарядын тасушы электронның және электр зарядының шамасы электрон зарядына тең оң электр зарядты протонның ашылуы, электр зарядтарының өздігінше емес, бөлшектермен байланыста өмір сүретіндігін дәлелдеді (заряд бөлшектердің ішкі қасиеті болып саналады). Кейінірек электр заряды шамасы жөнінен электрон зарядына тең оң не теріс зарядты элементар бөлшектер ашылды. Сонымен, электр заряды дискретті: кез келген дененің заряды элементар электр зарядына еселі болып келеді. Әрбір бөлшектің өзіне тән белгілі бір электр заряды болатындықтан, бөлшектердің бір-біріне түрлену процесі болмаған жағдайда, зарядтың сақталу заңын бөлшектер саны сақталуының салдары ретінде қарастыруға болады. Мысалы, макроскопиялық дене зарядталған кезде зарядты бөлшектер саны өзгермейді, тек зарядтардың кеңістікте қайтадан тарала орналасуы өзгереді: зарядтар бір денеден басқа бір денеге ауысады.
Бөлшектерге бір-біріне түрлену процесі тән - элементар бөлшектер физикасында бір бөлшек жоғалады, бір бөлшек жаңадан пайда болады. Бұл жағдайда да зарядтың сақталу заңы қатаң сақталады, яғни бөлшектердің өзара әсерлесуі және түрленуі кезінде қосынды заряд өзгермейді. "Жаңа" зарядты бөлшектің пайда болуы не сондай заряды бар "ескі" бөлшектің жоғалуымен, не заряды оған қарама-қарсы зарядтар жұбының пайда болуымен (мысалы, бөлшек-антибөлшек жұбының пайда болу процесі) бір мезгілде өтеді. Оның үстіне, мұндай түрленулер кезінде зарядтың сақталу заңынан басқа да сақталу заңдары (энергияның сақталу заңы, қозғалыс мөлшерінің сақталу заңы, т.б.) орындалады.
Зарядтың сақталу заңы энергияның сақталу заңымен бірге электронның орнықтылығын "түсіндіреді". Электрон (және позитрон) - зарядталған бөлшектердің ең жеңілі. Сондықтан да ол ешуақытта ыдырамауға тиіс. Электронның өзінен гөрі ауыр зарядталған бөлшектерге (мысалы, мюонға, -мезонға) ыдырауына энергияның сақталу заңы, ал оның өзінен гөрі жеңіл бейтарап (нейтрал) бөлшектерге (мысалы, фотонға, нейтриноға) ыдырауына зарядтың сақталу заңы кедергі болады. Зарядтың сақталу заңының дәл орындалатындығын электронның өз зарядын 51021 жыл бойы жоғалтпайтындығынан көруге болады.

Электр зарядтары және элементар бөлшектері Электр зарядтары не екенін және олардың атомдарға қандай қатынасы болатыны, тек қана кейін атомның күрделі құрылымы ашылып, элементар бөлшектердің қасиеттері зерттелгенде анықталады. Қазіргі түсінік бойынша электр зарядтарының элементар бөлшектерден тыс болмысы жоқ. Масса сияқты электр заряды - элементар бөлшектің сипаттамасы, қасиеті Бөлшек массасы - басқа денелермен гравитациялық әсерлесу күштері арқылы өзара әсерлесудің сипаттамасы.
Кулон заңы -- екі нүктелік электрикалық зарядтардың өзара әсерін сиппаттайтын заң. Тыныштықтағы екі нүктелік зарядталған денелердің өзара әсерлесу заңы бүкіл әлемдік заңға ұқсас деген пікірлер ХВЫЫЫ-ғасырдың ортасында туа бастады. Осы пікірдің дұрыстығын 1785 жылы француз ғалымы Ш.Кулон дәлелдеді. Кулон заңы бойынша тыныштықтағы екі нүктелік зарядтар зарядтардың модульдерінің көбейтіндісіне тура пропорционал, ара қашықтықтың квадратына кері пропорционал, таңбасы зарядтардың таңбаларының көбейтіндісімен бірдей, ал бағыты екі зарядты қосатын түзу бойымен бағыттас күшпен өзара әсер етеді.
----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Кулон тәжірбиесі
Ол жіңішке серпімді сымға ілінген және шыны цилиндр тәрізді ыдыста орналастырылған шыны таяқшадан тұратын қондырғы-иірілмелі таразыны қолданды.Таяқшаның бір ұшына кішкене металл шар бекітті,ал екінші ұшына оны теңгеріп тұратын жүк ілді.Жіптің жоғарғы ұшын оның ширатылу бұрышын анықтауға арналған бөліктері бар шкалаға бекітті.Ыдыс тығынындағы саңылау арқылы дәл сондай басқа сынақ шар енгізді.Содан соң шарларға оң заряд берді және олар бір-бірімен өзара әрекеттесті.Ал олардың әрекеттесу күшінің шамасын жіптің ширатылу бұрышына қарап анықтады. Өлшемдері электрленген шардың өлшемдерімен бірдей,заряды жоқ үшінші шардың көмегімен Кулон алдыңғысының зарядын тең екіге бөлді. Осылайша,Кулон тәжірбиелерін қорыта келе,шарлардың өзара әрекеттесу күші олардың арақашықтығының квадратына кері,ал шарлардың зарядтарының көбейтіндісіне пропорционал екенін анықтады. Әрі,олардың әрекеттесу күші әр ортада әртүрлі екенін байқап,ортаның диэлектрлік өтімділігі деген шама енгізді.Ол әр ортада әртүрлі мәнге ие. Оған қоса,Кулон электр тұрақтысы деген шаманы енгізді
Заң орындалу үшін мына шарттар орындалуы маңызды:
зарядтардың нүктеде болуы -- яғни зарядталған денелер ара қашықтығы олардың өздерінің өлшемінен әлдеқайда үлкен болу керек -- әйтсе де сфералық симметриялы бір бірімен қиылыспайтын көлемді үлестірілген зарядты екі дене өзара әсер ететін күші сол денелердің симметриялық ортасында орналасқан эквивалентті нүктелік зарядтардың әсер ететін күшіне тең екенін дәлелдеуге болады;
олар тыныштықта, өозғалыссыз болуы. Болмаса басқа да күштер пайда болады: қозғалмалы зарядтың магнитөрісі және оған сәйкес басқа қозғалмалы зарядқа әсер ететін Лоренц күші;
вакуумда орналасулары керек.
Дегенмен аздаған өзгерістермен заң ортада және қозғалмалы зарядтар үшін де орындалады.
Векторлы түрде Ш. Кулон заңы тұжырымы былай жазылады:

мұндағы {\displaystyle {\vec {F}}_{12}} -- 1 заряд 2 зарядқа әсер ететін күш; {\displaystyle q_{1},q_{2}} -- зарядтар шамасы; {\displaystyle {\vec {r}}_{12}} -- радиус-вектор (модуль{\displaystyle r_{12}}ге тең 1 зарядтан 2 зарядқа бағытталған вектор); {\displaystyle k} -- пропорционалдық коэффициенті. Осылайша, заңға сәйкес біртекті зарядтар бір-бірін итереді (ал әртекті -- тартады).
k-коэффициенті
СГС заряд өлшем бірлігі к коэффициенті бірге тең болатындай алынған.
Халықаралық (СИ) бірліктер жүйесінде негізгі бірліктердің бірі электрлік ток күші ампер, ал зарядтікі оның туындысынан -- кулон болып табылады. Ампер шамасы к = ц[2]·10[−7] Гнм = 8,9875517873681764x10[9] Н·м[2]Кл[2] (немесе Ф[−1]·м) алынған. СИ-де коэффициент к былай жазылады:

мұндағы {\displaystyle \varepsilon _{0}} ≈ 8,854187817x10[−12] Фм -- электрлік тұрақты.
Біртекті изотроптық затта формуланың бөлімінде ортаның салыстырмалы диэлектрлық өткізгіштік көрсеткіші ε пайда болады.
СГС-та

СИ-де

1.2.Электростикалық өріс - қозғалмайтын электр зарядтарының электр өрісі.

Жермен өзара әрекеттесетін кез - келген дене оның центірінен әр түрлі қашықтықта түрліше потенциалдық энергияға ие, г1 электр заряды басқа г2 зарядынан әр түрлі қашықтықта болған сайын әр түрлі потенциалдық энергияға ие болады. [1] г заряды тудырған электр өрісіндегі зарядты, өрістің бір нүктесінен екінші нүктесіне орын ауыстырғандағы электр өріс күштерінің атқарған жұмысы электрлік өзара әрекеттің потенциалдық энергиясының өзгеру өлшемі болып табылады:
А=Еп-Ек
Өрістің әр нүктесіне зарядқа осы зарядқа пропорционал Ф=гЕ күші әрекет етеді. Заряд орын ауыстырғандағы бастапқы және соңғы орындарына тәуелді:
Аг=Еп1г-Еп2г
Еп1 мен Еп2 электр өрісінің 1 және 2 нүктелеріндегі г зарядының потенциалдық энергиясы. Бұл зарядтың әр нүктедегі потенциалдық энергиясы әр түрлі болады. Ол зарядтың өзіне және өрістің қасиеттеріне байланысты. Епг қатынасы зарядтың шамасына тәуелді емес, өрістің энергетикалық сипаттамасы деп қабылдап, п әріпімен белгілейді және берілген нүктедегі өрістің потенциалы деп атайды:
Р=Епг
Еп1г-Еп2г шамасы бірлік оң зарядтың потенциалдық энергиясының өзгеруі болып табылады. Өрістің нүктелерінің арасындағы потенциалдар айырымы дейді және оны р1-р2 немесе U деп белгілейді:
U=п1-п2=Еп1г-Еп2г=Аг
Өрістегі заряд бір нүктеден екінші нүктеге орын ауыстырғанда, электр өрісінің атқаратын жұмысы мынаған тең:
А=г(п1-п2)=гU
Өрістің екі нүктесі арасындағы потенциалдар айырымының физикалық мәні бар - кернеу деп атайды. Потенциалдар айырымы электр өрісінің энергетикалық сипаттамасы болып табылады. Электр өрісінің кернеулігі қарастырылатын нүктелер арасындағы кернеудің олардың арақашықтығына қатынасына тең.
Электр өрісінің кернеулігі. Электр өрісінің кернеулігі - электр өрісінің зарядталған бөлшектер мен денелерге күштік әсерін сипаттайтын векторлық шама (Е). Ол электр өрісінің белгілі бір нүктесіне қойылған нүктелік зарядқа әсер ететін өріс ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.