Электр өрісінің суперпозиция принципі

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

Жоспар

Кіріспе

1. Электр өрісінің кернеулігі

2. Электр өрісінің суперпозиция принципі

3. Электр өрісінің потенциалы

4. Электр өрісінің кернеулігі мен потенциал арасындағы байланыс

Қорытынды

Пайдаланылған әдебиеттер тізімі

Кіріспе

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 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. 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. 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.

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 суперпозиция принципі

Қозғалмайтын N нүктелік зарядтардан тұратын электрлік жүйені қарастырайық.

Тәжірибелер көрсеткендей, зарядтар жүйесіндегі бір зарядқа әсер ететін қорытқы күш оның әрбір жеке зарядпен әсерлесу күштерінің геометриялық қосындысына тең болады

мұндағы: екенін ескерсек, алатынымыз:

Бұл алынған формула электр өрісінің суперпозиция принципін өрнектейді.

Қозғалмайтын N зарядтан тұратын электрлік жүйенің тудыратын қорытқы электр өрісінің кернеулігі жеке зарядтар тудыратын электр өрістерінің кернеуліктерінің геометриялық (векторлық) қосындысына тең болады.

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.