Дененi электрлеу. заряд. зарядтың сақталу заңы

Кіріспе

1733 жылы француз ғалымы Дюфе оң және теріс зарядтардың болатынын , аттас зарядтар бір-бірінен тебілетінін, әр аттас зарядтар бір-біріне тартылатынын анықтады. Егер изоляцияланған екі жіпке ілінген шариктердің біреуін жібекке үйкелген шыны арқылы зарядтап, екіншісін теріге үйкелген эбонит арқылы зарядттасақ, онда шариктер бір-біріне тартылады. Ал егер екі шарикті бірдей теріге үйкелген эбонит арқылы зарядтасақ тебіледі. Шынының жібекке үйкегенде пайда болатын заряд-оң, эбонитті теріге үйкегенде пайда болатын заряд-теріс. Барлық денелердің құрмына электр зарядтары енетін болғандықтан зарядтталмаған кезде денедегі оң және теріс зарядтардың саны бірдей болады. Денелерді бір-біріне үйкегенде электр зарядттары бір денеден екінші денеге өтіп дене электрленеді. Бұдан мынандай қорытынды шығады: зарядтар жаңадан пайда болмайды немесе жоғалып кетпейді, бір денеден екінші денеге беріледі немесе бір дененің ішінде бөлініп орналасады. Көптеген тәжірибелердің нәтежесін қорытындылай келіп ағылшын физигі Фарадей 1843 жылы табиғаттың негізгі бір заңы зарядтың сақталу заңын ашты. Кез- келген тұйықталған электрлік жүйеде электр зарядтарының алгебралық қосындысы тұрақты болып қалады. Электр заряды белгілі бір элементар бөлшектердің бөлінбейтін қасиеті олып табылады. Элементар бөлшектердің бөлінбейтін қасиеті болып табылады. Элементар бөлшектердің барлығының заряды абсолют шамасы жағынан бірдей болады. е-элементар заряд. Элементар зарядқа теріс зарядты тасымалдаушы-электрон, оң зарядты тасымалдаушы-протон жатады, нейтрон-заряды жоқ бөлшек.
Кез келген дененің бойындағы заряд элементар зарядтың жиынтығынан құралатындықтан ол электронға бүтін еселі болып келеді. Бұл электр зарядтарының дискреттілігін көрсетеді. Денелерді үйкеу арқылы электрлеу және олардың арасындағы әсерлесу күштерін қарастыратын бөлімді-электростатика деп атаймыз. Электростатиканың негізгі заңы зарядтың өзара әсерлесу заңы. Нүктелік зарядтардың өзара әсерлесу заңын 1785 жылы француз ғалымы Кулон тәжірибе жүзінде анықтаған. Кулоннан кейін электростатиканың дамуына Фарадей, Ампер сияқты ғалымдар өз үлесін қосқан. Электростатика электр құбылыстарының негізі. Электр құбылысының ең басты анықтамасы ток күші- осы зарядтардың реттелген қозғалысынан пайда болады. Жұмыстың мазмұны кеңістікті алып тұрған зарядтардың әсерін түсіндіреді. Адамзат ерте заманнан-ақ әр түрлі құбылыстарды байқап, соларды түсіндіргісі келетін, бірақ электростатика заңдары ашылғанға дейін табиғаттағы , күнделікті өмірдегі құбылыстар түсініксіз қалған еді.

Пайдаланылған әдебиеттер

1.Савельев И.В. Курс общей физики. М. Наука, 1982. Т. 2.496 С

2.Общая электротехника/ Под ред. В. С. Пантюшина. М. Высшая школа, 1970.567 С.

3.Электротехника /Под ред. В. Г. Герасимова. М.:Высшая школа. 1985.480 С.

4.Борисов Ю.М., Липатов Д. Н. Общая электротехника.М.: Высшая школа .1974.519С

5.Касаткин А.С.,Немцов М. В. Электротехника.М:Энергоатомиздат. 1983.440С

6.Основы теории цепей/ Г. В. Зевеке, П.А. Ионкин, А. В. Нетушил, С.В. Страхов.М.: Энергия. 1975. 752С.

7.Электрические измерения/ Под ред. А.В. Фремке. М.: Энергия.1980.424С.

8.Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия. 1980. 928С.

9.Чиликин М. Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода.М.: Энергоиздат. 1981.576 С

10.Михайлов О. П., Стоколов В. Е. Электрические аппараты и средства автоматизации. М.: Машиностроение, 1982. 180С

11.Электрический справочник. М.: Энергия, 1985. Т.1.488С.1986.Т.2.640 С

12.ГОСТ 19880-74.Электротехника. Термины и определения.

13.ГОСТ 1494-77. Электротехника. Буквенные обазначения основных велечин .

14.СТ СЭВ 2182-80. Обазначения буквенно- цифровые в электрических схемах.

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 36 бет
Таңдаулыға:

Жоспар.
Кіріспе.
І. Негізгі бөлім. Дененi электрлеу. Заряд. Зарядтың сақталу заңы
1.1. Электростатиканың негізгі мақсаты
1.2. Электростатикалық өрістің дипольдық қасиеттері
ІІ. Есептеу бөлімі
2.1. Электростатикалық өрістің атқаратын жұмысын есептеу
2.2. Электростатикалық өрістің потенциялдық энергиясын есептеу
Қорытынды
Пайдаланылған әдебиеттер

Кіріспе

1733 жылы француз ғалымы Дюфе оң және теріс зарядтардың болатынын
, аттас зарядтар бір-бірінен тебілетінін, әр аттас зарядтар бір-біріне
тартылатынын анықтады. Егер изоляцияланған екі жіпке ілінген шариктердің
біреуін жібекке үйкелген шыны арқылы зарядтап, екіншісін теріге үйкелген
эбонит арқылы зарядттасақ, онда шариктер бір-біріне тартылады. Ал егер екі
шарикті бірдей теріге үйкелген эбонит арқылы зарядтасақ тебіледі. Шынының
жібекке үйкегенде пайда болатын заряд-оң, эбонитті теріге үйкегенде пайда
болатын заряд-теріс. Барлық денелердің құрмына электр зарядтары енетін
болғандықтан зарядтталмаған кезде денедегі оң және теріс зарядтардың саны
бірдей болады. Денелерді бір-біріне үйкегенде электр зарядттары бір денеден
екінші денеге өтіп дене электрленеді. Бұдан мынандай қорытынды шығады:
зарядтар жаңадан пайда болмайды немесе жоғалып кетпейді, бір денеден екінші
денеге беріледі немесе бір дененің ішінде бөлініп орналасады. Көптеген
тәжірибелердің нәтежесін қорытындылай келіп ағылшын физигі Фарадей 1843
жылы табиғаттың негізгі бір заңы зарядтың сақталу заңын ашты. Кез- келген
тұйықталған электрлік жүйеде электр зарядтарының алгебралық қосындысы
тұрақты болып қалады. Электр заряды белгілі бір элементар бөлшектердің
бөлінбейтін қасиеті олып табылады. Элементар бөлшектердің бөлінбейтін
қасиеті болып табылады. Элементар бөлшектердің барлығының заряды абсолют
шамасы жағынан бірдей болады. е-элементар заряд. Элементар зарядқа теріс
зарядты тасымалдаушы-электрон, оң зарядты тасымалдаушы-протон жатады,
нейтрон-заряды жоқ бөлшек.
Кез келген дененің бойындағы заряд элементар зарядтың жиынтығынан
құралатындықтан ол электронға бүтін еселі болып келеді. Бұл электр
зарядтарының дискреттілігін көрсетеді. Денелерді үйкеу арқылы электрлеу
және олардың арасындағы әсерлесу күштерін қарастыратын бөлімді-
электростатика деп атаймыз. Электростатиканың негізгі заңы зарядтың өзара
әсерлесу заңы. Нүктелік зарядтардың өзара әсерлесу заңын 1785 жылы француз
ғалымы Кулон тәжірибе жүзінде анықтаған. Кулоннан кейін электростатиканың
дамуына Фарадей, Ампер сияқты ғалымдар өз үлесін қосқан. Электростатика
электр құбылыстарының негізі. Электр құбылысының ең басты анықтамасы ток
күші- осы зарядтардың реттелген қозғалысынан пайда болады. Жұмыстың мазмұны
кеңістікті алып тұрған зарядтардың әсерін түсіндіреді. Адамзат ерте
заманнан-ақ әр түрлі құбылыстарды байқап, соларды түсіндіргісі келетін,
бірақ электростатика заңдары ашылғанға дейін табиғаттағы , күнделікті
өмірдегі құбылыстар түсініксіз қалған еді.

І. Негізгі бөлім

Дененi электрлеу. Заряд. Зарядтың сақталу заңы
Электродинамика – бұл материяның ерекше бiр түрiнiң – электромагниттiк
өрiстiң табиғатының заңдылықтары мен қасиеттерi туралы, және электрлiк
зарядталған денелер немесе бөлшектердiң арасында өзара әсерлесуiн
зерттейтiн ғылым.
Ғылымда ашылған (белгiлi) iргелi әсерлесудiң төрт түрi бар:
гравитациялық, электромагниттiк, күштi (ядролық) және әлсiз (элементар
бөлшектердiң өзгеруiн тудырады). Олардың арасында әр алуан әрi кең
тараған электромагниттiк күштер – иiмдi күштер, үйкелiс, бiздiң бұлшық
еттерiмiздiң күшi және басқалар.
Электростатика деп тыныштықтағы электрлiк зарядталған денелердi
зерттейтiн электродинамиканың бөлiмiн айтады.
Электр заряды (электр мөлшерi) q – дененiң қасиетiн немесе бөлшектердiң
электромагниттiк өзара әсерлесуiн және бұндай өзара әсерлесудiң
қарқындылығын анықтайтын шама.

Электр зарядының бiрлiгi ретiнде СИ жүйесiнде – бар кулон (1 Кл) деп
өткiзгiштiң көлденең қимасынан 1 с iшiнде ток күшi 1 А болғанда өтетiн
электр заряды алынады.

Электр зарядының шартты түрде оң және терiс деп аталатын екi түрi бар.
Аттас заряды бар денелер бiр-бiрiнен тебiледi, ал әр аттас зарядтары
бар денелер – тартылады.
Электр зарядтарын ылғи да тасушы болып элементар бөлшектер және
антибөлшектер табылады. Мысалы, протон және антипротон, электрон және
позитрон. Антибөлшектер массасы – сәйкес бөлшектердiң массасына тең
және электр заряды терiс. Бөлшектердiң антибөлшектермен бiрiккенде
аннигиляцияға (өзара жоюға) ұшырайды. Бұл кезде Эйнштейн формуласы
бойынша масса энергияға айналады E=mc2, мұнда Е – энергия, m –
бөлшектiң массасы, c – жарық жылдамдығы (бұл туралы толық мағлұматты
11-шi сынып курсынан бiлесiздер). Ешқандай электр зарядын иеленбейтiн
бөлшектер болады, мысалы, нейтрон, нейтрино. Бiрақ бөлшексiз электр
зарядының болуы мүмкiн емес.
Электр заряды дискреттi: дененiң барлық электр зарядтарын бүтiн
бөлiктерге бөлетiндей ең кiшi элементар электр заряды табылады.
Қалыпты жағдайда дене электрлiк нейтраль жағдайда, себебi кез келген
заттың атомындағы электрондар саны ядродағы протондар санына тең және
дененiң зарядтарының қосындысы нөлге тең.
Электрлеу деп бұл процесс нәтижесiнде денелер электр зарядын иеленiп,
және электромагниттiк өзара әсерлесуге қатысу қабiлетiн айтады.
Дененi электрлеу деп денедегi электр зарядтарын қайта орналастыруды
айтады, яғни зарядтардың электрленуi пайда болмайды, тек денелер
арасында бөлшектенiп және қайта орналасады.
Электрлеу келесi түрлерге ажыратылады:
Электр өткiзгiштiк әсерiнен электрлену.
Үйкелiстiк электрлену.
Әсер арқылы электрлену.
Дененiң электрлену кезiнде электр зарядының сақталу заңы орындалады:
тұйық жүйеде барлық бөлшектердiң зарядтарының алгебралық қосындысы
өзгерiссiз қалады. Жүйе тұйық деп аталады, егер зарядталған бөлшектер
одан сыртқа шықпаса және сырттан оған енбесе.

Зарядтың сақталу заңы бойынша зарядталған, бiр оң және бiр терiс
зарядтардан тұратын, бөлшектер тек қосарланып қана пайда болады және
жоғалады, мысалы, протон және антипротон, электрон және позитрон.
§ 1.1 Кулон заңы – электростатиканың негiзгi заңы
Егер денелер арасындағы арақашықтық олардың өлшемдерiмен салыстырғанда
бiрнеше есе артық болса, онда зарядталған денелердiң формасы да,
өлшемдерi де олардың өзара әсерлесуiне елеулi әсер етпейдi. Бұндай
жағдайда ол денелердi нүктелiк дене ретiнде қарастыруға болады.

1.1-сурет

Тынышталған нүктелiк зарядтар (1.1 – сурет) арасындағы өзара әсерлесу
заңы тәжiрибе жүзiнде 1785ж. Шарль Кулон анықтаған және оның есiмiмен
аталады.
Кулон заңы: Бостықтағы екi қозғалмайтын зарядталған нүктелiк денелердiң
өзара әсерлесу күшi F (кулон күшi) және зарядтардың
модульдерiнiң көбейтiндiсiне тура пропорционал және олардың өзара r
арақашықтығының квадратына керi пропорционал.
(1.1)
Мұнда k – пропорционалдық коэффициентi, сандық мәнi бiрлiк зарядтардың
бiрлiк ұзындығына тең арақашықтықта өзара әсерлесу күшiне тең.
k коэффициентiн мынадай түрде жазу қабылданған

мұнда - электр тұрақтысы, СИ жүйесi бойынша мынаған тең:

Коэффициент k СИ бiрлiгiнде жазылуы бойынша келесi түрде өрнектеледi:

Табиғатта бар ең кiшi заряд – бұл элементар бөлшектер заряды. СИ
бiрлiгiнде бұл зарядтың модулi мынаған тең:

Ұлы ағылшын ғалымы Майкл Фарадей, электр зарядтары бiр-бiрiне тiкелей
әсер етпейдi деп жорамал жасайды. Олардың әрқайсысы қоршаған ортада
электр өрiсiн туғызады. Бiр зарядтың өрiсi екiншi зарядқа әсер етедi,
және керiсiнше. Зарядтан алыстаған сайын өрiс төмендейдi.
Басқа бiр ғалым – Джемс Клерк Максвелл – электромагниттiк әсерлесу
кеңiстiкте ақырлы жылдамдықпен таралатынын теориялық дәлелдедi.
Максвелл электромагниттiк әсердiң таралуы бостықтағы жарық жылдамдығына
тең, яғни 300000 кмс.
Электромагниттiк өрiстiң негiзгi қасиетi – оның әлектр зарядтарына
қандайда бiр күшпен әсер етуi.
Қозғалмайтын зарядтардың электр өрiсiн электростатикалық деп атайды. Ол
тек электр зарядтарынан пайда болады және уақыт бойынша өзгермейдi.
Электр өрiсi осы зарядтармен қоршаған кеңiстiкте бар болады және онымен
үздiксiз байланыста болады.
Электр өрiсiнiң кернеулiгi – берiлген нүктедегi электр өрiсiн
сипаттайтын векторлық шама, және ол өрiстiң берiлген нүктесiнде
орналасқан нүктелiк зарядқа әсер ететiн күштiң заряд шамасына q
қатынасына тең:

1.2-сурет

векторының бағыты оң зарядқа әсер ететiн күшке бағыттас, және
терiс зарядқа әсер ететiн күш бағытына керi бағыттас.
Кернеулiк - электр өрiсiнiң күштiк сипаттамасы болып табылады. Электр
өрiсi тарапынан әсер ететiн күш мынаған тең:
(1.2)
Егер электр өрiсi барлық нүктелерде кернеулiгi бiрдей болса, онда ол
бiртектi деп аталады.
Кернеулiк сызықтары немесе электр өрiсiнiң күш сызықтары деп ол
сызықтардың әрбiр нүктесiндегi жанама өрiс кернеулiгi векторының
бағытымен сәйкес келетiн (беттесетiн) сызықтарды айтады.
Электр өрiсiнiң күш сызықтары тұйықталмаған, олар оң зарядтардан
басталып терiс зарядтардан аяқталады (4.2, 4.3 – суреттер). Күш
сызықтары үздiксiз және қиылыспайды. Олар зарядталған денелерден
басталады немесе аяқталады, содан кейiн жан-жаққа шашырайды. Сондықтан
күш сызықтарының тығыздығы зарядталған дене маңайында жоғары, яғни өрiс
кернеулiгi жоғары болған жерде.

1.3-сурет

Бiртектi электр өрiсiнiң күш сызықтары параллель және олардың тығыздығы
тұрақты (1.4 – сурет).

1.4-сурет

(1.3)
Өрiстердiң суперпозиция принципi: кеңiстiктiң берiлген нүктесiнде
әртүрлi зарядталған бөлшектер электр өрiсiн тудырады (жасайды), олардың
кернеулiгiжәне басқалар, онда бұл нүктеде өрiстiң қорытқы
кернеулiгi мынаған тең:
(1.4)
Электр өрiсi тек қана бостықта ғана емес денелерде де бар бола алады.
Шартты түрде бұндай денелердi өткiзгiштерге және диэлектриктерге
(изоляторларға) бөледi.
Өткiзгiштер деп зарядталған бөлшектерi бар және олар электр өрiсiнiң
әсерiнен орынауыстыруға қабiлеттi денелердi айтады. Бұл бөлшектердiң
заряды еркiн зарядтар деп аталады.
Металл өткiзгiште электрондар еркiн зарядтарды тасушы болып табылады.
Металдың нейтраль атомдары бiр-бiрiмен өзара әсерлеседi. Бұл
әсерлесудiң нәтижесiнде атомдардың iшкi қабатында өз атомдарымен
байланысын жоғалтады және өткiзгiш үшiн түгелдей жалпы болады.
Осылайша, өткiзгiш жалпы ортақ электрондардан тұратын терiс зарядталған
газбен қоршалған оң зарядталған иондар түрiнде қарастыруға болады.
Электростатикалық индукция деп электростатикалық өрiске енгiзiлген
өткiзгiште зарядтардың қайта орналасу құбылысын айтады. Зарядталмаған
пластинаны (өткiзгiштi) бiртектi өрiске енгiзгенде елеусiз аз уақытта
зарядтар қайта орналасады. Бұл процесс нәтижесiнде шығатын пластина
iшiндегi өрiс кернеулiлiгi нөлге тең болады және зарядтар қозғалысы
тоқтайды. Сондықтан өткiзгiштiң iшiнде электростатикалық өрiс жоқ.
Сезгiш құрылғылар металл корпуста немесе сеткада орналастырылады, онда
ешқандай сыртқы өрiс оларға әсер етпейдi – электростатикалық қорғау
осыған негiзделген.

1.5-сурет

Өткiзгiш iшiнде зарядтардың тепе-теңдiк кезiнде тек өрiс кернеулiгi
ғана нөлге тең емес. Сонымен қатар өткiзгiштiң барлық статикалық
зарядтары оның бетiне бағытталғандықтан, зарядтар нөлге тең. Электр
өрiсiнiң күш сызықтары немесе кернеулiгi өткiзгiш бетiне перпендикуляр.

Шар өрiсi (1.5 – сурет). Зарядталған өткiзгiш радиусы R шардың бетiнде
q заряд бiркелкi таралған. Электр өрiсiнiң күш сызықтары шар
радиустарының жалғасу бойымен бағытталған. Өткiзгiш шардың iшiнде
электр өрiсiнiң кернеулiгi нөлге тең.

Диэлектриктер (немесе изоляторлар) деп электр тогын өткiзбейтiн
денелердi айтады.
Изолятордың немесе диэлектриктiң еркiн электр заряды жоқ нейтраль
атомдарда электрондар мен ядролар бiр-бiрiмен байланысқан және электр
өрiсiнiң әсерiнен бүкiл денеге орынауыстыра алмайды.
Өткiзгiштер мен диэлектриктер электростатикалық өрiсте өздерiн әрқалай
ұстайды. Диэлектрик iшiнде электр өрiсi болуы мүмкiн; бұл жағдайда
диэлектрик өрiске белгiлi бiр әсер бередi.
Диэлектриктердi екi түрге ажыратады: полярлық емес және полярлық.
Полярлық емес диэлектриктер молекулаларында және атомдарында оң және
терiс зарядтардың таралу центрлерi сәйкес келедi. Мысалға, сутегi
атомында оң заряд – протон – центрде болады, терiс заряд – электрон –
ядро маңайында өте жоғары жылдамдықпен айналады, сондықтан уақыт
бойынша орташа терiс зарядтың таралу центрi ортасына келедi, яғни оң
зарядталған ядромен сәйкес келедi (1.6 – сурет).

1.6-сурет

Полярлық емес диэлектриктер – инерттi газдар, сутегi, азот, көмiртегi
және басқалар.

1.7-сурет

Полярлық диэлектриктер молекулаларында оң және терiс зарядтардың
центрлерi сәйкес келмейдi. қ Мысалға, ас тұзының NaCl пайда болуы
кезiнде, жетi валенттiк электрондары бар хлор атомы натрий атомының бiр
валенттiк электронын iлестiредi. Өз ядросымен әлсiз байланысан.
Нейтраль атомдардың әрқайсысы таңбалары қарама-қарсы екi ионнан тұратын
жүйеге айналады. Үлкен арақашықтықта молекуланың модульдерi бойынша тең
және зарядтары бойынша бiр-бiрiнен L арақашықтықта қарама-қарсы екi
нүктелiк зарядтардың жиынтығы ретiнде қарастыруға болады. Бұндай
зарядтардың бүтiндей нейтраль жүйесiн электр диполi деп атайды (1.7 –
сурет).
Электр диполiнiң негiзгi сипаттамасы диполь (электр) моментiдеп
аталатын векторлық физикалық шама болып табылады. Бұл моменттiң модулi
заряд q модулiнiң арақашықтыққа L көбейтiндiсiне тең:
(1.5)
Дипольдiк момент бағыты дипольдiң терiс зарядтан оң зарядқа қараған
осiмен сәйкес келедi.
Полярлық диэлектриктерге спирт, су және басқа заттар жатады.
Диэлектриктiң iшкi электр өрiсiне орынауыстыру кезiнде поляризация
процесi жүредi. Поляризация деп диэлектриктiң оң жәнен терiс
байланысқан зарядтарының қарама-қарсы бағыттарда араласуын айтады.
Полярлық диэлектриктiң поляризациясы. Iшкi электр өрiсiне енгiзген
кезде полярлық диэлектриктiң әрбiр диполiне модульдары бойынша бiрдей
және бағыттары бойынша қарама-қарсы екi күш әсер ете бастайды. Олар,
өрiс күш сызықтары бойымен бағытталған ось бойынша бұрайтын, күш
моментiн жасайды. Бұл жағдайда дипольдiң оң шетi электр өрiсi бағытына,
ал терiс жағы – керi бағытта ойысады. Дипольдiк молекулалардың қатаң
бағытталуына олардың жылулық қозғалысы кедергi жасайды. Сондықтан
өрiстiң әсерiнен электрлiк дипольдердiң бағытталуы байқалады.
Диэлектрик бетiнде байланысқан заряд туындайды. Диэлектрик iшiнде
дипольдердiң оң және терiс заряды бiр-бiрiн теңгередi және орташа
байланысқан заряд бұрынғыдай нөлге тең.
Полярлық емес диэлектриктiң поляризациясы. Iшкi электр өрiсiне
орналасқан полярлық емес диэлектрикте молекулалардың оң және терiс
зарядтардың бiр-бiрiне қатысты араласуы өтедi. Оң және терiс
зарядтардың центрлерiнiң таралуы сәйкес келмейдi (беттеспейдi). Бұндай
деформацияланған молекулаларды осi өрiс бойымен бағытталған электрлiк
диполь ретiнде қарастыруға болады. Диэлектрик бетiнде полярлық
диэлектриктi поляризациялау кезiндегiдей байланысқан зарядтар бола
бастайды.
Диэлектрик iшiнде дипольдердiң оң және терiс заряды бiр-бiрiн теңгередi
және орташа байланысқан заряд бұрынғыдай нөлге тең.

1.8-сурет

Диэлектрик бетiндегi байланысқан заряд, iшкi өрiстiң
кернеулiгiнекерi бағытталған өзiнiң кернеулiгi меншiктi
электр өрiсiн туғызады (1.8 – сурет).
Сондықтан диэлектрик iшiндегi қорытқы өрiс бәсеңдейдi. Бәсеңдеу
дәрежесi диэлектриктiң қасиетiне байланысты.
Ортаның диэлектриктiк өтуi (енуi) деп бiртектi диэлектрик iшiнде электр
өрiсi кернеулiгiнiң модулi бостықтағы (вакуумдегi) өрiс
кернеулiгi модулiнен неше есе кем екенiн көрсететiн физикалық
шама:
(1.6)

§ 1.5 Зарядтың орынауыстыруы кезiнде электр өрiсiнiң жұмысы
Заряд q орынауыстырған кезде, оған өрiс тарапынан әсер ететiн күш жұмыс
жасайды. Сәйкесiнше, электр өрiсiндегi зарядталған дене энергияға ие
болады.

1.9-сурет

Қарама-қарсы зарядқа ие үлкен металл пластиналар кернеулiгi
бiртектi өрiс тудырады (1.9 – сурет). Бұл өрiс зарядқа тұрақты
күшпен әсер етедi. Онда оң зарядталған зарядтың терiс зарядталған
пластинадан қашықтықтағы 1 нүктеден осы пластинадан
қашықтықтағы 2 нүктеге орынауыстыруы кезiнде өрiстiң жасайтын жұмысы
мына формуламен анықталады:
(1.7)
1 мен 2 нүктелерi бiр күштiк сызық бойында жатады.
Кулон күшiнiң жұмысы траектория формасынан тәуелсiз.
Кез келген электростатикалық өрiс жұмысы зарядтың тұйық траектория
бойымен орынауыстыру кезiнде барлық уақытта нөлге тең. Бұндай қасиетке
ие өрiстер потенциалдық деп аталады.
Кулон күшi потенциалдық болып табылады. Потенциал күштердiң жұмысы
терiс таңбамен алынған потенциалдық энергия өзгерiсiне тең:
(1.8)
Бiртектi электростатикалық өрiсте зарядтың потенциалдық энергиясы
мынаған тең:
(1.9)
Потенциалдық энергияның нөлдiк деңгейi әр қалай алынады. Себебi,
физикалық мағынаға потенциалдық энергияның өзi емес, зарядтың бастапқы
орнынан соңғы орынға орынауыстыруы кезiнде өрiстiң жасайтын жұмысынан
анықталатын – потенциалдар айырымы ие.
Электр өрiсiнiң күш сызықтары потенциалдық энергияның кему бағытын
көрсетедi. Егер өрiс оң жұмыс жасаса, онда өрiстегi зарядталған
бөлшектiң потенциалдық энергиясы кемидi, және онымен бiр уақытта,
энергияның сақталу заңы бойынша, оның кинетикалық энергиясы өседi,
бөлшек үдеуi өседi (электр лампасындағы электрондар үдемелi қозғалады).
Керiсiнше, терiс жұмыс iстегенде потенциалдық энергия өсiп, кинетикалық
энергия кемидi, яғни бөлшек тежеледi.

Гравитациялық өрiспен ұқсастығы.

Масса орын ауыстырғанда гравитациялық өрiстiң жасаған жұмысы
потенциалдық энергияны азайтады .
+q оң заряды орын ауыстырғанда электр өрiстiң жасаған жұмысы
потенциалдық энергияны азайтады

1.10 - Cурет
§ 1.6 Потенциал. Потенциалдар айырымы
Потенциал φ – электростатикалық өрiстi энергетикалық сипаттайтын скаляр
шама. Ол өрiс зарядының потенциалдық энергиясының осы зарядқа
қатынасына тең:
(1.10)
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:
(1.11)

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 (В) деп аталады; 1В = 1Дж1Кл.

§ 1.7 Кернеу. Бiртектi өрiс кернеуi мен кернеулiгi арасындағы байланыс
Бiртектi өрiс кернеулiгi мен потенциалдар айырмасы арасындағы байланыс
келесi түрде жазылады:
(1.12)
Потенциал Δd, арақашықтықта неғұрлым аз өзгерсе, электростатикалық өрiс
кернеулiгi соғұрлым аз болады; егер потенциал тiптi өзгермесе, онда
өрiс кернеулiгi нөлге тең.

СИ жүйесiнде электр өрiсiнiң кернеулiк бiрлiгi ретiнде – бiр вольттың
метрге қатынасы (1 Вм) – кернеулiк сызығы бойында бiр-бiрiнен 1 м
қашықтықта орналасқан екi нүкте потенциалдарының айырымы 1 В болатын
бiртектi электр өрiсiнiң кернеулiгi алынады.

1.11-сурет

1.12-сурет

Электростатикалық өрiстегi эквипотенциал бет деп потенциалдары тең
геометриялық нүктелер орнын айтады.
Эквипотенциал беттер күш сызықтары сияқты кеңiстiкте өрiстiң таралуын
сипаттайды.
Эквипотенциал беттiң әрбiр нүктесiнде кернеулiк вектор осы бетке
перпендикуляр және потенциалдың кему жағына бағытталған.
Эквипотенциал беттер ешуақытта да қиылыспайды (1.11, 1.12, 1.13 –
сурет).

1.13-сурет

Электростатикалық өрiсте кез келген өткiзгiштiң бетi эквипотенциалды
болып табылады. Өткiзгiш iшiндегi өрiс кернеулiгi нөлге тең
болғандықтан, өткiзгiштiң iшiндегi барлық нүктелерде потенциалдар
бiрдей болады.
Эквипотенциал бет бойымен зарядтың орынауыстыруы кезiнде өрiстiң жұмысы
нөлге тең.
§ 1.8 Электр сыйымдылығы. Өткiзгiш сфераның электр сыйымдылығы
Қандайда бiр әдiспен екi өткiзгiштi зарядтағанда оның бiрi шамасы q оң
зарядталып, ал екiншiсi шамасы дәл сондай терiс зарядталады.
Өткiзгiштер арасында электр өрiсi пайда болып, потенциалдар айырымы
(кернеу) туындайды. Егер электр өрiсi жеткiлiктi күштi (кернеу жоғары)
болса, онда диэлектриктiң iстен шығуы орын алады: диэлектрик өткiзгiшке
айналады, онда өткiзгiштер арасында ұшқын пайда болып, олар разрядтала
(зарядтарын жоғалта) бастайды. Табиғатта бұл құбылысты күн күркiрегенде
найзағай ойнағанынан байқауға болады. Өткiзгiштер арасындағы кернеу тез
өсуi бәсеңдеген сайын олардың зарядтарының көбейгенi, көп заряд ұстап
қалуға мүмкiндiк бередi.
Электр сыйымдылығы дегенiмiз екi өткiзгiштiң электр зарядын ұстап қалу
қабiлетiн сипаттайтын шама.
Екi өткiзгiштiң электр сыйымдылығы деп бұл екi өткiзгiштiң бiрiнiң
зарядының олардың потенциалдарын айырмасына қатынасын айтады:
(1.13)
Дараланған өткiзгiштiң электр сыйымдылығы деп, өткiзгiш потенциалы
шексiз қашықтықта нөлге тең деп жорамалдағанда, бұл өткiзгiштiң
зарядының q оның потенциалына φ қатынасын айтады:
(1.14)
Өткiзгiштiң электр сыйымдылығы оның формасынан, сызықты өлшемдерiнен
және қоршаған ортаның электрлiк қасиеттерiнен тәуелдi.
Радиусы R дараланған шардың немесе өткiзгiш сфераның электр сыйымдылығы
мынаған тең:
(1.15)
мұнда - электр тұрақтысы.

Екi өткiзгiштiң электр сыйымдылығы СИ жүйесiнде бiрге тең, егер оларға
+1 Кл және –1 Кл заряд жiберiлсе, олардың арасындағы потенциалдар
айырымы 1 В. Бұл бiрлiктi фарад (1 Ф) деп атайды; 1 Ф = 1 КлВ.

§ 1.9 Конденсатор. Жазық конденсатордың электр сыйымдылығы

1.14-сурет

1.15-сурет

Конденсатор деп диэлектриктердiң жұқа қабатымен бөлiнген модульдары
бойынша тең әр аттас зарядталған зарядтардың екi өткiзгiштен тұратын
жүйесiн айтады.
Бұл жағдайда конденсатордың орамдары деп аталатын өткiзгiштердiң
формасымен бiр-бiрiне қатысты орналасуы олардың тудыратын электр өрiсi
кеңiстiктiң шектеулi аймағына бағытталатындай болуы керек.
Конденсаторлар жазық, сфералық және цилиндрлiк деп ажыратылады.
Конденсатордың электр сыйымдылығы жоғарыда көрсетiлген формуладағыдай
екi өткiзгiштiң электр сыйымдылығынан есептеледi:

1.16-сурет

1.17-сурет

Жазық конденсатор бiр-бiрiнен аз арақашықтықта орналасқан бiрдей екi
параллель пластинадан тұрады.
Жазық конденсатордың электр сыйымдылығы мынаған тең:
(1.16)
мұнда S – әр пластинаның ауданы, d – пластиналар арасындағы
арақашықтық.

§ 1.10 Электр өрiсiнiң энергиясы. Конденсаторды тiзбектей және
параллель жалғау
Зарядталған конденсатор энергиясы мына формуламен анықталады:
(1.17)
мұнда q – конденсатор орамының заряды, U – орамдар арасындағы
потенциалдар айырымы.
Зарядталған конденсатордың энергиясы деп олардың электр өрiсiн жасайтын
энергияны айтады.

1.18-сурет

Электр өрiсiнiң энергиясы өрiстiң негiзгi сипаттамасы – кернеулiк
арқылы өрнектеледi:
(1.18)
мұнда - электр тұрақтысы.
Берiлген кернеуде қажеттi сыйымдылықты алу үшiн конденсаторды батареяға
жалғайды.

1.19-сурет

Сыйымдылықтары конденсаторларды параллель жалғағанда (1.19 –
сурет) батареяның қорытқы электр сыйымдылығы мына формуламен
есептеледi:
(1.19)
бұл жағдайда конденсаторлар орамдары арасындағы потенциалдар айырымы
бiрдей.

1.20-сурет

Конденсаторларды тiзбектей жалғағанда (4.20 – сурет) батареяның
сыйымдылығы келесi формуламен анықталады:
(1.20)
бұл кезде конденсаторлардың заряды тең. Бұл ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.