Электр өрісінің энергетикалық сипаттамасы

Пән: Электротехника
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 6 бет
Таңдаулыға:

Мазмұны

Кіріспе

Негізгі бөлім

а) Электр өрісінің кернеулігі

в) Электр өрісінің потенциалы

с) Электр өрісінің кернеулігі мен потенциал арасындағы байланыс

Қортынды

Кіріспе

Электр өрісі - электрмагниттік өрістің дербес бір түрі. Ол электр зарядының айналасында немесе бір уақыт ішіндегі магнитөрісінің өзгерісі нәтижесінде пайда болады. Э. ө-нің магнит өрісінен өзгешелігі - ол қозғалатын да, қозғалмайтын да электр зарядтарына әсер етеді. Э. ө-нің бар екендігін оның қозғалмайтын зарядқа әсер ететін күші бойынша байқауға болады. Электр өрісінің кернеулігі - Э. ө-нің сандық сипаттамасы болып табылады.

Электрмагниттік өріс - электр заряды не магниттік моменті бар бөлшектердің өзара әсерін жеткізетін (тарататын) физикалық өрістің бір түрі. Ол координаттардың екі векторлық функциясы - электр өрісінің кернеулігі (Е) мен магнит өрісінің кернеулігі (Н) кейде магнит индукциясы (В) арқылы сипатталады. Э. ө-тің дербес түріне қозғалмайтын электр зарядының жасайтын таза электр өрісі және тұрақты тогы бар қозғалмайтын өткізгіштердің не тұрақты магниттің жасайтын таза магнит өрісі жатады. Алайда бұл өрістердің әрқайсысы басқа бір инерц. санақ жүйесімен салыстырғанда таза электр өрісі не таза магнит өрісі бола алмайды. Э. ө. электр және магнит өрісі деп шартты түрде ғана бөлінеді. Бір-біріне қарағанда әр түрлі инерц. санақ жүйесінде қозғалатын Э. ө-тің белгілі бір нүктесіндегі Е мен Н векторларының мәні әр түрлі болады. Айнымалы электр және магнит өрістері бір-біріне тығыз байланысты, олар біріге отырып айнымалы Э. ө-ті құрайды. Қозғалмайтын ортадағы Э. ө-тің заңдары Максвелл теңдеуімен сипатталады.

Электр өрісінің кернеулігі

Зарядталған денелердің өзара әсерлесу күштері электр өрісі арқылы беріледі. Қозғалмайтын зарядтардың электр өрісін электростатикалық өріс деп атайды. Электр өрісін сандық сипаттау үшін электр өрісінің кернеулік векторы енгізілген.

Электр өрісінің кернеулігі электр өрісінде орналасқан нүктелік зарядқа әсер ететін күштің осы зарядтың шамасына қатынасына тең болады:

Өлшем бірлігі

Кернеулік векторының бағыты оң зарядқа әсер ететін күштің бағытымен бағыттас болады.

Электр өрісінің кернеулік векторы электр өрісінің күштік сипаттамасы болып табылады, яғни электр өрісінде орналасқан бірлік оң зарядқа әсер ететін күшті анықтайды.

Барлық нүктесіндегі кернеулік векторының бағыты мен шамасы бірдей болатын электр өрісін біртекті электр өрісі деп атайды.

Электр өрісіне енгізілген зарядтарға өріс тарапынан әсер ететін күш

Вакуумдегі нүктелік зарядтың тудыратын электр өрісінің кернеулігі:

Зарядталған дене нүктелік болмаған жағдайда зарядталған денелерді келесі үш топқа бөлуге болады:

1) Сызықтық зарядталған дене

Ұзындығы дене бөлігінің тудыратын электр өрісінің кернеулігі:

мұндағы:

Зарядтың сызықтық тығыздығы-

Сызықтық зарядталған дененің толық электр өрісінің кернеулігі:

2) Беттік зарядталған дене

Ауданы дене бөлігінің тудыратын электр өрісінің кернеулігі:

мұндағы:

Зарядтың беттік тығыздығы-

Беттік зарядталған дененің толық электр өрісінің кернеулігі:

3) Көлемдік зарядталған дене

Көлемі дене бөлігінің тудыратын электр өрісінің кернеулігі:

мұндағы:

Зарядтың көлемдік тығыздығы-

Көлемдік зарядталған дененің толық электр өрісінің кернеулігі:

Электр өрісін көрнекті түрде бейнелеу үшін электр өрісінің күш сызықтары (кернеулік сызықтары) енгізілген.

https://phys.sarwar.kz/technical/frame/%C2%A714_files/image068.gif

Күш сызықтары - әрбір нүктесіне жүргізген жанама сол нүктедегі кернеулік векторының бағытымен сәйкес келетіндей түрде электр өрісіне жүргізілген сызықтарды айтады.

Күш сызықтарының жиілігі - кеңістіктің сол бөлігіндегі кернеулік векторының шамасын анықтайды.

Электр өрісінің потенциалы

Нүктелік зарядтың электростатикалық өрісі центрлік болып табылады. Сол себепті электростатикалық өріс потенциалды өріс болып табылады. Электростатикалық әсерлесу күшінің тұйық траекториядағы атқаратын жұмысы нольге тең болады.

-зарядының электр өрісінде -заряд 1-нүктеден 2-нүктеге орын ауыстырсын (сурет) . Осы жағдайдағы электр өрісінің атқаратын жұмысын анықтайық.

https://phys.sarwar.kz/technical/frame/%C2%A714_files/image082.gif

Консервативті күштердің жұмысын потенциалдық энергияның өзгерісі түрінде беруге болады

зарядты 1 нүктеден 2 нүктеге орын ауыстырғанда Кулондық күштің жұмысы

Осы екі формуланы салыстыра отырып, алатынымыз - екі нүктелік зарядтардың өзара әсерлесу потенциалдық энергиясы болып табылады.

Электр өрісінде орналасқан нүктелік зарядтың потенциалдық энергиясының осы зарядтың шамасына қатынасын электр өрісінің потенциалы деп атайды.

Өлшем бірлігі - .

Потенциал электр өрісінің энергетикалық сипаттамасы болып табылады, яғни электр өрісінде орналасқан зарядтың потенциалдық энергиясын анықтайды. Потенциал - скаляр шама болып табылады.

Нүктелік зарядтың потенциалын анықтайтын өрнек:

Потенциал үшін электр өрісінің суперпозиция принципін анықтайық.

Қозғалмайтын N нүктелік зарядтан тұратын электрлік жүйенің электр өрісін қарастырайық. Осы өрісте кез келген зарядты орын ауыстырғанда атқарылатын жұмыс жеке зарядтардың атқаратын жұмыстарының қосындысына тең болады:

Жеке зарядтардың атқаратын жұмысы

Сондықтан

- зарядтың зарядтар жүйесінің өрісіндегі потенциалдық энергиясы.

Бұл алынған формула потенциал үшін электр өрісінің суперпозиция принципін өрнектейді.

Қозғалмайтын N зарядтан тұратын электрлік жүйенің тудыратын қорытқы электр өрісінің потенциалы жеке зарядтар тудыратын электр өрістерінің потенциалдарының алгебралық қосындысына тең болады.

Зарядтар жүйесінің өзара әсерлесу потенциалдық энергиясы

Потенциалы -ге тең өріс нүктесіндегі зарядтың потенциалдық энергиясы:

Потенциалды күштердің жұмысы потенциалдық энергияның теріс таңбамен алынғандағы өзгерісіне тең екенін ескерсек, яғни

Соныменен өріс күштерінің зарядты орын ауыстырғанда атқаратын жұмысы зарядтың шамасының бастапқы және соңғы нүктелердегі потенциалдардың айырмасына көбейтіндісіне тең болады.

Потенциалдар айырмасы кернеу деп аталады.