... Էլեկտրաստատիկայի բոլոր կանխատեսումները բխում են նրա երկու օրենքներից։
Բայց մի բան է այս բաները մաթեմատիկորեն արտահայտելը, և բոլորովին այլ բան
կիրառեք դրանք հեշտությամբ և ճիշտ չափով խելքով:
Ռիչարդ Ֆեյնման
Էլեկտրաստատիկան ուսումնասիրում է անշարժ լիցքերի փոխազդեցությունը։ 17-18-րդ դարերում իրականացվել են էլեկտրաստատիկայի հիմնական փորձեր։ Էլեկտրամագնիսական երևույթների հայտնաբերմամբ և դրանց արտադրած տեխնոլոգիայի հեղափոխությամբ, էլեկտրաստատիկության նկատմամբ հետաքրքրությունը որոշ ժամանակ կորցրեց: Այնուամենայնիվ, ժամանակակից գիտական հետազոտությունները ցույց են տալիս էլեկտրաստատիկության հսկայական նշանակությունը կենդանի և անշունչ բնության բազմաթիվ գործընթացներ հասկանալու համար:
Էլեկտրոստատիկա և կյանք
1953-ին ամերիկացի գիտնականներ Ս. Միլլերը և Գ. Ուրին ցույց տվեցին, որ «կյանքի շինանյութերից» մեկը՝ ամինաթթուները, կարելի է ստանալ՝ էլեկտրական լիցքաթափում անցկացնելով Երկրի պարզունակ մթնոլորտին նման բաղադրությամբ գազի միջով, որը բաղկացած է. մեթանի, ամոնիակի, ջրածնի և գոլորշի ջրի: Հաջորդ 50 տարիների ընթացքում այլ հետազոտողներ կրկնեցին այս փորձերը և ստացան նույն արդյունքները։ Երբ կարճ հոսանքի իմպուլսները անցնում են բակտերիաների միջով, դրանց պատյանում (թաղանթում) առաջանում են ծակոտիներ, որոնց միջով կարող են ներթափանցել այլ բակտերիաների ԴՆԹ-ի բեկորները՝ գործարկելով էվոլյուցիայի մեխանիզմներից մեկը: Այսպիսով, Երկրի վրա կյանքի ծագման և դրա էվոլյուցիայի համար պահանջվող էներգիան իսկապես կարող է լինել կայծակնային արտանետումների էլեկտրաստատիկ էներգիան (նկ. 1):
Ինչպես է էլեկտրաստատիկան առաջացնում կայծակ
Ցանկացած պահի մոտ 2000 կայծակ է բռնկվում Երկրի տարբեր կետերում, ամեն վայրկյան մոտ 50 կայծակ հարվածում է Երկրին, և Երկրի մակերեսի յուրաքանչյուր քառակուսի կիլոմետրը տարեկան միջինը վեց անգամ հարվածում է կայծակին: Դեռևս 18-րդ դարում Բենջամին Ֆրանկլինն ապացուցեց, որ կայծակը, որը հարվածում է ամպրոպից, էլեկտրական լիցքաթափումներ են, որոնք կրում են. բացասականգանձել։ Ավելին, արտանետումներից յուրաքանչյուրը Երկրին մատակարարում է մի քանի տասնյակ կուլոն էլեկտրաէներգիա, իսկ կայծակի հարվածի ժամանակ հոսանքի ամպլիտուդը տատանվում է 20-ից մինչև 100 կիլոամպեր: Բարձր արագությամբ լուսանկարչությունը ցույց է տվել, որ կայծակի հարվածը տևում է վայրկյանի ընդամենը տասներորդ մասը, և որ յուրաքանչյուր կայծակ բաղկացած է մի քանի ավելի կարճ կայծակից:
Մթնոլորտային զոնդերի վրա տեղադրված չափիչ գործիքների միջոցով 20-րդ դարի սկզբին չափվել է Երկրի էլեկտրական դաշտը, որի ուժգնությունը մակերեսին մոտ 100 Վ/մ է, ինչը համապատասխանում է մոլորակի ընդհանուր լիցքին։ մոտ 400000 C. Երկրի մթնոլորտում լիցքերի կրողը իոններն են, որոնց կոնցենտրացիան բարձրության հետ մեծանում է և հասնում է առավելագույնի 50 կմ բարձրության վրա, որտեղ տիեզերական ճառագայթման ազդեցության տակ առաջացել է էլեկտրահաղորդիչ շերտ՝ իոնոսֆերան։ Հետևաբար, կարող ենք ասել, որ Երկրի էլեկտրական դաշտը գնդաձև կոնդենսատորի դաշտ է, որի կիրառական լարումը կազմում է մոտ 400 կՎ։ Այս լարման ազդեցությամբ վերին շերտերից մինչև ստորինները անընդհատ հոսում է 2–4 կԱ հոսանք, որի խտությունը (1–2) 10–12 Ա/մ 2 է, և էներգիան դուրս է գալիս վեր։ մինչև 1,5 ԳՎտ: Եվ եթե կայծակ չլիներ, այս էլեկտրական դաշտը կվերանար։ Պարզվում է, որ լավ եղանակին Երկրի էլեկտրական կոնդենսատորը լիցքաթափվում է, իսկ ամպրոպի ժամանակ այն լիցքավորվում է։
Ամպրոպը հսկայական քանակությամբ գոլորշի է, որի մի մասը խտացել է փոքրիկ կաթիլների կամ սառույցի ճյուղերի: Ամպրոպային ամպի գագաթը կարող է լինել 6–7 կմ բարձրության վրա, իսկ հատակը կարող է կախված լինել գետնից 0,5–1 կմ բարձրության վրա։ 3–4 կմ-ից բարձր ամպերը բաղկացած են տարբեր չափերի սառցաբեկորներից, քանի որ այնտեղ ջերմաստիճանը միշտ զրոյից ցածր է։ Սառույցի այս կտորները մշտական շարժման մեջ են՝ առաջացած տաք օդի բարձրացող հոսանքներից, որոնք ներքևից բարձրանում են երկրի տաքացած մակերեսից։ Սառույցի փոքր կտորներն ավելի թեթև են, քան մեծերը, և դրանք տարվում են բարձրացող օդային հոսանքներից և ճանապարհին բախվում մեծերի հետ։ Յուրաքանչյուր նման բախման ժամանակ տեղի է ունենում էլեկտրիֆիկացում, որի ժամանակ սառույցի մեծ կտորները լիցքավորվում են բացասական, իսկ փոքրերը՝ դրական։ Ժամանակի ընթացքում դրական լիցքավորված սառույցի փոքր կտորները հավաքվում են հիմնականում ամպի վերին մասում, իսկ բացասական լիցքավորված խոշորները՝ ներքեւում (նկ. 2): Այսինքն՝ ամպի վերին մասը լիցքավորվում է դրական, իսկ ստորին մասը՝ բացասական։ Այս դեպքում դրական լիցքեր են առաջանում գետնին անմիջապես ամպրոպի տակ: Այժմ ամեն ինչ պատրաստ է կայծակնային արտանետման համար, որի ժամանակ տեղի է ունենում օդի խզում, և ամպրոպի հատակից բացասական լիցքը հոսում է Երկիր:
Բնորոշ է, որ ամպրոպից առաջ Երկրի էլեկտրական դաշտի ուժգնությունը կարող է հասնել 100 կՎ/մ-ի, այսինքն՝ 1000 անգամ գերազանցել դրա արժեքը լավ եղանակին։ Արդյունքում ամպրոպի տակ կանգնած մարդու գլխի յուրաքանչյուր մազի դրական լիցքը նույնքան մեծանում է, և նրանք, հրելով իրարից, կանգնում են ծայրին (նկ. 3)։
Ֆուլգուրիտ - գետնին կայծակի հետք
Կայծակնային արտանետման ժամանակ էներգիան ազատվում է 10 9 – 10 10 Ջ կարգի: Այս էներգիայի մեծ մասը ծախսվում է ամպրոպի, օդի տաքացման, լույսի բռնկման և այլ էլեկտրամագնիսական ալիքների արտանետման վրա, և միայն մի փոքր մասն է թողարկվում: այն տեղում, որտեղ կայծակը մտնում է գետնին. Բայց նույնիսկ այս «փոքր» մասը բավական է հրդեհ առաջացնելու, մարդ սպանելու կամ շենք քանդելու համար։ Կայծակը կարող է տաքացնել ալիքը, որով այն շարժվում է մինչև 30000°C, ինչը շատ ավելի բարձր է, քան ավազի հալման կետը (1600–2000°C): Ուստի կայծակը, հարվածելով ավազին, հալեցնում է այն, իսկ տաք օդն ու ջրի գոլորշին, ընդարձակվելով, հալած ավազից մի խողովակ են կազմում, որը որոշ ժամանակ անց կարծրանում է։ Այսպես են ծնվում ֆուլգուրիտները (ամպրոպային նետեր, սատանայի մատներ)՝ հալված ավազից պատրաստված խոռոչ բալոններ (նկ. 4)։ Ամենաերկար պեղված ֆուլգուրիտները գետնի տակ են անցել ավելի քան հինգ մետր խորության վրա:
Ինչպես է էլեկտրաստատիկան պաշտպանում կայծակից
Բարեբախտաբար, կայծակների մեծ մասը տեղի է ունենում ամպերի միջև և, հետևաբար, վտանգ չի ներկայացնում մարդու առողջության համար: Այնուամենայնիվ, ենթադրվում է, որ կայծակը ամեն տարի սպանում է ավելի քան հազար մարդու ամբողջ աշխարհում: Առնվազն ԱՄՆ-ում, որտեղ նման վիճակագրություն է պահպանվում, տարեկան շուրջ հազար մարդ տուժում է կայծակի հարվածներից, որոնցից հարյուրից ավելին մահանում է։ Գիտնականները վաղուց են փորձել պաշտպանել մարդկանց այս «Աստծո պատժից»։ Օրինակ, առաջին էլեկտրական կոնդենսատորի (Լեյդեն բանկա) գյուտարար Պիտեր վան Մուշենբրուկը հայտնի ֆրանսիական հանրագիտարանի համար գրված էլեկտրաէներգիայի մասին հոդվածում պաշտպանել է կայծակի կանխարգելման ավանդական մեթոդները՝ զանգերի ղողանջը և թնդանոթների արձակումը, որոնք, իր կարծիքով, բավականին արդյունավետ են։ .
1750 թվականին Ֆրանկլինը հայտնագործեց կայծակաձողը։ Փորձելով պաշտպանել Մերիլենդի Կապիտոլիումի շենքը կայծակի հարվածից՝ նա շենքին ամրացրել է երկաթե հաստ ձող՝ գմբեթից մի քանի մետր բարձրանալով և միացված գետնին։ Գիտնականը հրաժարվել է արտոնագրել իր գյուտը` ցանկանալով, որ այն հնարավորինս շուտ սկսի ծառայել մարդկանց: Կայծակաձողի գործողության մեխանիզմը հեշտ է բացատրել, եթե հիշենք, որ էլեկտրական դաշտի ուժգնությունը լիցքավորված հաղորդիչի մակերևույթի մոտ մեծանում է այս մակերեսի կորության աճով։ Հետևաբար, կայծակաձողի ծայրին մոտ գտնվող ամպրոպի տակ դաշտի ուժգնությունն այնքան բարձր կլինի, որ կառաջացնի շրջակա օդի իոնացում և դրա մեջ պսակի արտանետում: Արդյունքում կայծակի հարվածի հավանականությունը կայծակաձողին զգալիորեն կմեծանա։ Այսպիսով, էլեկտրաստատիկ գիտելիքը ոչ միայն հնարավորություն տվեց բացատրել կայծակի ծագումը, այլ նաև գտնել դրանցից պաշտպանվելու միջոց։
Ֆրանկլինի կայծակնային գավազանի լուրը արագ տարածվեց ամբողջ Եվրոպայում, և նա ընտրվեց բոլոր ակադեմիաներում, այդ թվում՝ ռուսական։ Սակայն որոշ երկրներում բարեպաշտ բնակչությունը վրդովմունքով դիմավորեց այս գյուտը։ Հենց այն գաղափարը, որ մարդը կարող է այդքան հեշտությամբ և պարզապես ընտելացնել Աստծո բարկության հիմնական զենքը, հայհոյանք էր թվում: Ուստի տարբեր վայրերում մարդիկ բարեպաշտ պատճառներով ջարդում էին կայծակները։
Հետաքրքիր դեպք է տեղի ունեցել 1780 թվականին Ֆրանսիայի հյուսիսում գտնվող մի փոքրիկ քաղաքում, որտեղ քաղաքաբնակները պահանջել են քանդել երկաթե կայծակաձողի կայմը և գործը քննվել: Երիտասարդ իրավաբանը, ով պաշտպանում էր կայծակաձողը խավարասերների հարձակումներից, իր պաշտպանությունը հիմնավորեց նրանով, որ և՛ մարդկային միտքը, և՛ բնության ուժերին նվաճելու նրա կարողությունը աստվածային ծագում ունեն։ Այն ամենը, ինչ օգնում է կյանքը փրկել, օգուտի համար է, վիճեց երիտասարդ իրավաբանը։ Նա շահեց գործը և մեծ համբավ ձեռք բերեց։ Փաստաբանի անունն էր... Մաքսիմիլիան Ռոբեսպիեր։
Դե, հիմա կայծակ գյուտի ստեղծողի դիմանկարը աշխարհի ամենաբաղձալի վերարտադրությունն է, քանի որ այն զարդարում է հայտնի հարյուր դոլարանոց թղթադրամը։
Էլեկտրոստատիկ, որը վերադարձնում է կյանքը
Կոնդենսատորի լիցքաթափման էներգիան ոչ միայն հանգեցրել է Երկրի վրա կյանքի առաջացմանը, այլև կարող է կյանք վերականգնել այն մարդկանց, ում սրտի բջիջները դադարել են համաժամանակյա բաբախել: Սրտի բջիջների ասինխրոն (քաոսային) կծկումը կոչվում է ֆիբրիլացիա։ Սրտի ֆիբրիլյացիան կարելի է դադարեցնել՝ հոսանքի կարճ զարկերակ անցնելով նրա բոլոր բջիջներով։ Դրա համար հիվանդի կրծքավանդակի վրա կիրառվում են երկու էլեկտրոդներ, որոնց միջով անցնում է մոտ տասը միլիվայրկյան տևողությամբ զարկերակ և մինչև մի քանի տասնյակ ամպերի ամպլիտուդ: Այս դեպքում կրծքավանդակի միջով արտանետվող էներգիան կարող է հասնել 400 Ջ-ի (որը հավասար է 2,5 մ բարձրության բարձրացված ֆունտ քաշի պոտենցիալ էներգիային): Սարքը, որն ապահովում է էլեկտրական ցնցում, որը դադարեցնում է սրտի ֆիբրիլյացիան, կոչվում է դեֆիբրիլյատոր: Ամենապարզ դեֆիբրիլյատորը տատանվող միացում է, որը բաղկացած է 20 μF հզորությամբ կոնդենսատորից և 0,4 Հ ինդուկտիվությամբ կծիկից։ Լիցքավորելով կոնդենսատորը 1–6 կՎ լարման և այն լիցքաթափելով կծիկի և հիվանդի միջով, որի դիմադրությունը մոտ 50 ohms է, դուք կարող եք ստանալ ընթացիկ իմպուլսը, որն անհրաժեշտ է հիվանդին կյանքի կոչելու համար:
Էլեկտրաստատիկ լույս տվող
Լյումինեսցենտային լամպը կարող է ծառայել որպես էլեկտրական դաշտի ուժի հարմար ցուցիչ: Սա հաստատելու համար, երբ գտնվում եք մութ սենյակում, շփեք լամպը սրբիչով կամ շարֆով, արդյունքում լամպի ապակու արտաքին մակերեսը դրական լիցքավորված կլինի, իսկ գործվածքը՝ բացասական: Հենց դա տեղի ունենա, մենք կտեսնենք լույսի փայլատակումներ, որոնք կհայտնվեն լամպի այն վայրերում, որոնց շոշափում ենք լիցքավորված կտորով: Չափումները ցույց են տվել, որ աշխատող լյումինեսցենտային լամպի ներսում էլեկտրական դաշտի ուժը մոտ 10 Վ/մ է: Այս ինտենսիվության դեպքում ազատ էլեկտրոններն ունեն անհրաժեշտ էներգիա՝ լյումինեսցենտային լամպի ներսում սնդիկի ատոմները իոնացնելու համար:
Բարձրավոլտ էլեկտրահաղորդման գծերի տակ գտնվող էլեկտրական դաշտը՝ էլեկտրահաղորդման գծերը, կարող է հասնել շատ բարձր արժեքների։ Հետևաբար, եթե գիշերը լյումինեսցենտային լամպը խրված է գետնին էլեկտրահաղորդման գծի տակ, այն կլուսավորվի և բավականին վառ (նկ. 5): Այսպիսով, օգտագործելով էլեկտրաստատիկ դաշտի էներգիան, կարող եք լուսավորել էլեկտրահաղորդման գծերի տակ գտնվող տարածքը:
Ինչպես են էլեկտրաստատիկները զգուշացնում հրդեհի մասին և դարձնում ծխի մաքրման միջոց
Շատ դեպքերում, հրդեհային ազդանշանային դետեկտորի տեսակն ընտրելիս, նախապատվությունը տրվում է ծխի դետեկտորին, քանի որ հրդեհը սովորաբար ուղեկցվում է մեծ քանակությամբ ծխի արտանետմամբ, և հենց այս տեսակի դետեկտորն է, որ կարող է զգուշացնել մարդկանց. շենքը վտանգի մասին. Ծխի դետեկտորները օգտագործում են իոնացման կամ ֆոտոէլեկտրական սկզբունք՝ օդում ծուխը հայտնաբերելու համար:
Իոնացնող ծխի դետեկտորները պարունակում են α-ճառագայթման աղբյուր (սովորաբար ամերիցիում-241), որը իոնացնում է օդը մետաղական էլեկտրոդների թիթեղների միջև, որոնց միջև էլեկտրական դիմադրությունը մշտապես չափվում է հատուկ սխեմայի միջոցով: α-ճառագայթման արդյունքում ձևավորված իոնները ապահովում են հաղորդունակություն էլեկտրոդների միջև, իսկ ծխի միկրոմասնիկները, որոնք հայտնվում են այնտեղ, կապվում են իոնների հետ, չեզոքացնում նրանց լիցքը և այդպիսով մեծացնում են էլեկտրոդների միջև դիմադրությունը, ինչին էլեկտրական միացումն արձագանքում է ահազանգ հնչեցնելով։ . Այս սկզբունքի վրա հիմնված սենսորները ցուցաբերում են շատ տպավորիչ զգայունություն՝ արձագանքելով նույնիսկ մինչև ծխի առաջին նշանը կենդանի արարածի կողմից հայտնաբերելուց առաջ: Հարկ է նշել, որ սենսորում օգտագործվող ճառագայթման աղբյուրը ոչ մի վտանգ չի ներկայացնում մարդկանց համար, քանի որ ալֆա ճառագայթները չեն կարող անցնել նույնիսկ թղթի թերթիկի միջով և ամբողջությամբ ներծծվում են մի քանի սանտիմետր հաստությամբ օդի շերտով:
Փոշու մասնիկների էլեկտրաֆիկացման ունակությունը լայնորեն կիրառվում է արդյունաբերական էլեկտրաստատիկ փոշու կոլեկտորներում: Օրինակ՝ մուրի մասնիկներ պարունակող գազը, բարձրանալով դեպի վեր, անցնում է բացասաբար լիցքավորված մետաղական ցանցով, ինչի արդյունքում այդ մասնիկները բացասական լիցք են ստանում։ Շարունակելով բարձրանալ դեպի վեր՝ մասնիկները հայտնվում են դրական լիցքավորված թիթեղների էլեկտրական դաշտում, որտեղից նրանք ձգվում են, որից հետո մասնիկները ընկնում են հատուկ տարաների մեջ, որտեղից պարբերաբար հեռացվում են։
Բիոէլեկտրոստատիկա
Ասթմայի պատճառներից են փոշու տզերի (նկ. 6) թափոնները՝ մոտ 0,5 մմ չափի միջատները, որոնք ապրում են մեր տանը: Հետազոտությունները ցույց են տվել, որ ասթմայի նոպաները առաջանում են այս միջատների արտազատող սպիտակուցներից մեկի պատճառով: Այս սպիտակուցի կառուցվածքը նման է պայտի, որի երկու ծայրերը դրական լիցքավորված են։ Նման պայտաձեւ սպիտակուցի ծայրերի միջև եղած էլեկտրաստատիկ վանող ուժերը նրա կառուցվածքը կայուն են դարձնում։ Այնուամենայնիվ, սպիտակուցի հատկությունները կարող են փոխվել՝ չեզոքացնելով նրա դրական լիցքերը։ Դա կարելի է անել՝ օդում բացասական իոնների կոնցենտրացիան մեծացնելով՝ օգտագործելով ցանկացած իոնիզատոր, օրինակ՝ Չիժևսկու ջահը (նկ. 7): Միաժամանակ նվազում է ասթմայի նոպաների հաճախականությունը։
Էլեկտրոստատիկան օգնում է ոչ միայն չեզոքացնել միջատների կողմից արտազատվող սպիտակուցները, այլև ինքնուրույն որսալ դրանք։ Արդեն ասվել է, որ մազերը լիցքավորվելու դեպքում «բիզ են կանգնում»։ Դուք կարող եք պատկերացնել, թե ինչ են զգում միջատները, երբ հայտնվում են էլեկտրական լիցքավորված: Նրանց ոտքերի ամենաբարակ մազերը շեղվում են տարբեր ուղղություններով, և միջատները կորցնում են շարժվելու ունակությունը։ Ուտիճների թակարդը, որը ցույց է տրված Նկար 8-ում, հիմնված է այս սկզբունքի վրա: Թակարդի շուրջը թեքված մակերեսը ծածկելու համար օգտագործվում է փոշի (նկարում սպիտակ է): Փոշու վրա դնելուց հետո միջատները լիցքավորվում են և գլորվում են թակարդը:
Որոնք են հակաստատիկ միջոցները:
Հագուստը, գորգերը, անկողնային ծածկոցները և այլն իրերը լիցքավորվում են այլ առարկաների հետ շփվելուց հետո, երբեմն էլ պարզապես օդի շիթերով։ Առօրյա կյանքում և աշխատավայրում այս ձևով առաջացած լիցքերը հաճախ կոչվում են ստատիկ էլեկտրականություն:
Մթնոլորտային նորմալ պայմաններում բնական մանրաթելերը (բամբակ, բուրդ, մետաքս և վիսկոզա) լավ կլանում են խոնավությունը (հիդրոֆիլ) և, հետևաբար, մի փոքր փոխանցում են էլեկտրականությունը: Երբ նման մանրաթելերը դիպչում կամ քսվում են այլ նյութերին, դրանց մակերեսին ավելորդ էլեկտրական լիցքեր են առաջանում, բայց շատ կարճ ժամանակով, քանի որ լիցքերը անմիջապես հետ են հոսում տարբեր իոններ պարունակող գործվածքների թաց մանրաթելերի միջով:
Ի տարբերություն բնական մանրաթելերի, սինթետիկ մանրաթելերը (պոլիեսթեր, ակրիլ, պոլիպրոպիլեն) լավ չեն ներծծում խոնավությունը (հիդրոֆոբ), իսկ դրանց մակերեսին ավելի քիչ շարժական իոններ կան։ Երբ սինթետիկ նյութերը շփվում են միմյանց հետ, դրանք լիցքավորվում են հակառակ լիցքերով, բայց քանի որ այդ լիցքերը շատ դանդաղ են արտահոսում, նյութերը կպչում են միմյանց՝ ստեղծելով անհարմարություն և անհարմարություն։ Ի դեպ, մազերը կառուցվածքով շատ մոտ են սինթետիկ մանրաթելերին և նաև հիդրոֆոբ են, ուստի, երբ շփվում են, օրինակ, սանրի հետ, դրանք լիցքավորվում են էլեկտրականությամբ և սկսում վանել միմյանց։
Ստատիկ էլեկտրականությունից ազատվելու համար հագուստի կամ այլ իրերի մակերեսը կարելի է յուղել այնպիսի նյութով, որը պահպանում է խոնավությունը և դրանով իսկ մեծացնում է շարժական իոնների կոնցենտրացիան մակերեսի վրա։ Նման բուժումից հետո առաջացող էլեկտրական լիցքը արագ կվերանա օբյեկտի մակերեսից կամ կբաշխվի դրա վրա։ Մակերեւույթի հիդրոֆիլությունը կարելի է մեծացնել՝ այն քսելով մակերեւութային ակտիվ նյութերով, որոնց մոլեկուլները նման են օճառի մոլեկուլներին. շատ երկար մոլեկուլի մի մասը լիցքավորված է, իսկ մյուսը՝ ոչ: Այն նյութերը, որոնք կանխում են ստատիկ էլեկտրականության առաջացումը, կոչվում են հակաստատիկ նյութեր: Օրինակ, սովորական ածխի փոշին կամ մուրը հակաստատիկ նյութ է, հետևաբար, ստատիկ էլեկտրականությունից ազատվելու համար, այսպես կոչված, լամպի սևը ներառում է գորգերի և պաստառագործության նյութերի ներծծման մեջ: Նույն նպատակներով նման նյութերին ավելացվում են մինչև 3% բնական մանրաթելեր և երբեմն բարակ մետաղական թելեր։
Էլեկտրոդինամիկան, որպես ժամանակակից ֆիզիկայի լուրջ և բազմազան ճյուղ, բաժանված է մի քանի հիմնական ուղղությունների։ Էլեկտրոդինամիկան կոչված է ուսումնասիրելու էլեկտրական լիցքի հայեցակարգը: Էլեկտրական լիցքը սերտորեն կապված է էլեկտրամագնիսական դաշտի հետ: Դա նրա ծագման նյութական աղբյուրն է։ Էլեկտրամագնիսական դաշտն ինքնին միմյանց հետ մշտական փոխազդեցության մեջ գտնվող տարրական մասնիկների ներքին բնութագիրն է, որն առաջացնում է մարմինների տարբեր ֆիզիկական երևույթներ և հատկություններ։ Էլեկտրական լիցքը սկալային ֆիզիկական մեծություն է և որոշում է էլեկտրամագնիսական փոխազդեցությունը:
Նկար 1. Էլեկտրաստատիկության հայեցակարգ: Հեղինակ24՝ ուսանողական աշխատանքների առցանց փոխանակում
Մասնիկների փոխազդեցության առաջին մոդելի համաձայն՝ ցանկացած լիցքավորված մասնիկ ունակ է գրգռելու իր շուրջը գտնվող տարածությունը։ Այս դեպքում ցանկացած այլ մասնիկ, որը կհայտնվի նման խանգարված տարածության մեջ, կզգա որոշակի ուժ: Այս դեպքում ընդունված է դիտարկել էլեկտրամագնիսական դաշտում բռնված մասնիկը։ Լիցքավորված մասնիկի առկայության փաստը պետք է անպայման կապված լինի այդ ուժի աղբյուրի հետ։ Սա գործընթացի էլեկտրական բաղադրիչն է: Մագնիսական հիմքը կապված կլինի նրա շարժման հետ: Յուրաքանչյուր լիցքավորված մարմին կարելի է համարել որպես լիցքավորված մասնիկների հավաքածու, որը կարող է էլեկտրամագնիսական դաշտ ստեղծել։
Էլեկտրաստատիկա - էլեկտրադինամիկայի բաժին
Էլեկտրաստատիկան, որպես էլեկտրադինամիկայի ճյուղ, դիտարկում է էլեկտրաստատիկ դաշտով անցնող անշարժ էլեկտրական լիցքերի փոխազդեցությունը։ Լիցքերը անշարժ են՝ համեմատած մեկ այլ հղման համակարգի, ուստի բոլոր եզրակացությունները կարելի է անել մոտավոր մակարդակով, բայց այն միշտ շարժվում է որոշակի արագությամբ՝ համեմատած մեկ այլ հղման համակարգի:
Ընդհանուր առմամբ, ընդունված է տարբերակել էլեկտրական լիցքերի երկու տեսակ.
- դրական;
- բացասական.
Տարրական մասնիկները կարող են ծառայել որպես այդպիսի էլեկտրական լիցքերի կրող։ Դրանց կազմը, անշուշտ, պետք է պարունակի ատոմներ։ Բոլոր ատոմները բաղկացած են.
- բացասական լիցք (էլեկտրոն);
- դրական լիցք (պրոտոն):
Նրանք ունեն որոշ բնորոշ հատկանիշներ. Լիցքավորման միավորը կուլոնն է։ Մարմինը լիցքավորված է, եթե այն պարունակում է տարբեր թվով դրական և բացասական տարրական մասնիկներ։
Էլեկտրամագնիսական դաշտի դրսևորման համար անհրաժեշտ է էլեկտրամագնիսական ուժերի գործողություն։ Այն բաղկացած է ձևավորման մեջ.
- շփման ուժեր;
- առաձգական ուժեր;
- էլեկտրամագնիսական ուժերի գործողություն տարրական մասնիկների մակարդակում.
Էլեկտրաստատիկայի հիմունքներն ուսումնասիրելիս անհնար է չանդրադառնալ մարմինների էլեկտրիֆիկացման հայեցակարգին։ Սա շփման միջոցով լիցքավորված մասնիկների արտադրության մեթոդ է։ Այս դեպքում մարմինները փոխադարձաբար լիցքավորված կլինեն, բայց մեծությամբ հավասար կլինեն, իսկ լիցքի նշանով՝ հակառակ։
Էլեկտրաստատիկայի հիմնական հասկացությունները
Էլեկտրաստատիկայի հիմնարար օրենքը Կուլոնի օրենքն է։ Այն սահմանվում է որպես երկու անշարժ կետային լիցքավորված մարմինների փոխազդեցության ուժ։ Այն առաջանում է վակուումային պայմաններում և ուղիղ համեմատական է լիցքավորման մոդուլների արտադրյալին, ինչպես նաև հակադարձ համեմատական է նրանց միջև հեռավորության քառակուսուն։
Մարմինները համարվում են կետային մարմիններ այն պահին, երբ նրանց միջև հեռավորությունը շատ ավելի մեծ է, քան բուն մարմինների չափը։ Մարմինները փոխազդում են Կուլոնի օրենքի համաձայն, եթե ունեն էլեկտրական լիցքեր։
Էլեկտրական դաշտի ուժգնությունը էլեկտրական դաշտի որոշակի քանակական բնութագիր է։ Այն համատեղում է ուժային հարաբերությունների առանձնահատկությունները: Այս պարամետրով դաշտը գործում է կետային լիցքավորման վրա: Այն փոխկապակցված է տվյալ լիցքի մեծության հետ։ Բացի այդ, դաշտի ուժգնությունը չի կարող կախված լինել ներմուծված լիցքի քանակից: Այն ընդհանուր առմամբ բնութագրում է միայն ամբողջ էլեկտրական դաշտը: Լարվածության վեկտորի ուղղությունը պետք է ամբողջությամբ համընկնի դրական լիցքի վրա ազդող ուժի վեկտորի ուղղության հետ, ինչպես նաև հակառակ է բացասական լիցքի վրա ազդող ուժի ուղղությանը։
Էլեկտրահաղորդման գծեր
Էլեկտրական դաշտի հայեցակարգը տեսական մակարդակով ձեւակերպելու համար օգտագործում են ուժի գծեր։ Նմանատիպ գծեր գծված են այնպես, որ լարվածության վեկտորի ուղղությունը յուրաքանչյուր կետում համընկնում է ուժի գծին շոշափողի ուղղության հետ։ Ուժի գծերը կարող են ունենալ մի շարք բնորոշ հատկանիշներ և հատկություններ:
Նրանք չեն կարող հատվել էլեկտրաստատիկ դաշտում: Պարզվում է, որ այս տողերն ուղղված են դրական լիցքերից բացասական լիցքերին: Էլեկտրական դաշտի գծերը պատկերելիս նրանք դիմում են կիրառման տարբեր հաստությունների։ Նրանք պետք է համաչափ լինեն դաշտի ուժգնության վեկտորի մեծությանը: Նրանց խտությունը մեծանում է ըստ լարվածության և միշտ համաչափ է դրան։
Տարածության որոշակի կետում ընդունված է գծել միայն մեկ ուժի գիծ: Դա պայմանավորված է նրանով, որ էլեկտրական դաշտի ուժն այս պահին կարող է միայն միանշանակ նշվել:
Նկար 2. Էլեկտրադինամիկայի հայեցակարգ: Հեղինակ24՝ ուսանողական աշխատանքների առցանց փոխանակում
Եթե էլեկտրական դաշտը միատեսակ է, ապա ինտենսիվության վեկտորը նույնպես նրա մակարդակի վրա է։ Սա դրսևորվում է տարածության դաշտի բոլոր կետերում: Նման դաշտը ստեղծվում է հարթ թիթեղային կոնդենսատորով: Նրանք պետք է լիցքավորվեն նույն քանակությամբ լիցքով, բաժանված դիէլեկտրիկի շերտով, բայց այդ հեռավորությունը պետք է ստեղծվի ավելի քիչ, քան հենց թիթեղների չափը:
Էլեկտրական հզորությունը բնութագրում է հաղորդիչների՝ որոշակի կետում էլեկտրական լիցք կուտակելու ունակությունը: Դա կախված է ձևից, լիցքերի հարաբերական դասավորությունից, հաղորդիչների չափից, ինչպես նաև հաղորդիչների միջև եղած միջավայրի բնորոշ հատկություններից։
Էլեկտրաստատիկայի հիմնական բանաձևերը հետևյալն են. Ներկայացված են լիցքերի, էլեկտրական ներուժի, էլեկտրաստատիկ դաշտի աշխատանքի, էլեկտրական հզորության, ինչպես նաև էլեկտրական դաշտի ուժի փոխազդեցության հավասարումները։
Նկար 3. Հիմնական բանաձևերը էլեկտրաստատիկայում: Հեղինակ24՝ ուսանողական աշխատանքների առցանց փոխանակում
Էլեկտրոդինամիկան ուսումնասիրում է նաև էլեկտրաստատիկ դաշտի ուժի գծերը, էլեկտրաստատիկ դաշտի աշխատանքը և պոտենցիալ հավասարազոր մակերեսները։ Ներկայացված են նաև էլեկտրական շղթայի հիմունքները, ուղղակի հոսանքի, դիմադրության օրենքները և ֆիզիկայի այս ճյուղին բնորոշ այլ սահմանումներ։
Կրթության դաշնային գործակալություն Բարձրագույն մասնագիտական կրթության պետական ուսումնական հաստատություն Տուլայի պետական մանկավարժական համալսարան
Լ.Ն.Տոլստոյի անունով
Yu. V. Bobylev V. A. Panin R. V. Romanov
ԸՆԴՀԱՆՈՒՐ ՖԻԶԻԿԱ ԴԱՍԸՆԹԱՑ
էլեկտրադինամիկա
Դասախոսությունների կարճ դասընթաց
Հաստատված է Ուսումնամեթոդական Ասոցիացիայի կողմից
Ռուսաստանի Դաշնության կրթության և գիտության նախարարության ուսուցիչների կրթության ոլորտներում որպես ուսումնական օգնություն
540200 (050200) ուղղությամբ սովորող բարձրագույն ուսումնական հաստատությունների ուսանողների համար.
«Ֆիզիկա և մաթեմատիկական կրթություն»
Tula հրատարակչություն TSPU im. L. N. Տոլստոյ
BBK 22.3ya73 B72
Գրախոս -
Պրոֆեսոր Յու Ֆ. Գոլովնևը (Տաշքենդի Լ. Ն. Տոլստոյի անվան պետական մանկավարժական համալսարան)
Բոբիլևը, Յու.
B72 Ընդհանուր ֆիզիկայի դասընթաց. Էլեկտրոդինամիկա: Դասախոսությունների կարճ դասընթաց / Յու. Վ. Բոբիլև, Վ. պետություն պեդ. unta im. L. N. Tolstoy, 2007.– 107 p.
Այս դասագիրքը էլեկտրամագնիսականության վերաբերյալ կարճ դասախոսական դասընթաց է և պարունակում է պետական կրթական չափորոշիչներին լիովին համապատասխանող անհրաժեշտ նյութ:
Ձեռնարկը նախատեսված է հիմնականում այն ուսանողների համար, ովքեր այս կամ այն պատճառով չեն կարող հաճախել կամ հաճախել դասարանի դասերի անկանոն և զբաղվում են ինքնակրթությամբ, այդ թվում՝ հեռավար ուսուցմամբ։
Նվազեցնելով մաթեմատիկական մասը՝ ձեռնարկը կարող է տեղադրվել ոչ ֆիզիկական մասնագիտությունների ուսանողների համար։
© Յու. Վ. Բոբիլև, Վ. Ա. Պանին, Ռ. Վ. Ռոմանով,
© Հրատարակչություն TSPU im. Լ.Ն.Տոլստոյ,
Նախաբան ..................................................... .......................................................... |
|
Ներածություն ..................................................... .......................................................... ......... |
|
Դասախոսություն 1. Էլեկտրական լիցք................................................. ....................... |
|
Դասախոսություն 2. Կուլոնի օրենքը ...................................... .......................................... |
|
Դասախոսություն 4. Գաուսի թեորեմ................................................. ................................... |
|
Դասախոսություն 5. Էլեկտրական դաշտի պոտենցիալ .............................................. ...... |
|
Դասախոսություն 6. Էլեկտրական դաշտի ներուժ (շարունակություն)................... |
|
Դասախոսություն 7. Հաղորդավարները էլեկտրական դաշտում.......................................... ....... |
|
Դասախոսություն 8. Դիէլեկտրիկները էլեկտրական դաշտում.......................................... ....... |
|
Դասախոսություն 9. Էլեկտրական հզորություն. Կոնդենսատորներ ............................ |
|
Դասախոսություն 10. Էլեկտրաստատիկ էներգիա................................................. ....... |
|
Դասախոսություն 11. Ուղղակի հոսանք. Հիմնական հասկացություններն ու օրենքները .................. |
|
Դասախոսություն 12. Էլեկտրական սխեմաներ ..................................... ....................... |
|
Դասախոսություն 13 Ընթացիկությունը մետաղներում .............................................. ................................... |
|
Դասախոսություն 14. Ընթացքը վակուումում .......................................... ...................................... |
|
Դասախոսություն 15. Հոսանք գազերում. ...................................................... ................................... |
|
Դասախոսություն 16. Հոսանք էլեկտրոլիտներում. ...................................................... ................... |
|
Դասախոսություն 17. Մագնիսականության հիմնական օրենքները. ...................................... |
|
Դասախոսություն 18. Մագնիսականության հիմնական օրենքները (շարունակություն)................ |
|
Դասախոսություն 19. Լիցքավորված մասնիկների շարժումը մագնիսական դաշտում.......... |
|
Դասախոսություն 20 Էլեկտրամագնիսական ինդուկցիա. ................................................ |
|
Դասախոսություն 21. Էլեկտրական տատանողական շղթա................................. |
|
Դասախոսություն 22. Փոփոխական հոսանք ...................................... ................................... |
|
Դասախոսություն 23. Էլեկտրական դաշտ................................................ ....................... |
|
Դասախոսություն 24. Մաքսվելի հավասարումներ................................................. ......... .......... |
|
Դասախոսություն 25. Էլեկտրամագնիսական ալիքներ................................................. ........ |
|
Եզրակացություն ..................................................... ................................................ |
|
Գրականություն ..................................................... ...................................... |
Նախաբան
Այս ձեռնարկի հեղինակներն աշխատում են Տուլայի պետական մանկավարժական համալսարանի մաթեմատիկայի, ֆիզիկայի և համակարգչային գիտության ֆակուլտետում: Լ.
Դասավանդման փորձը, որը ձևավորվել է զգալի աշխատանքային փորձով (20-ից 25 տարի), առաջարկել է էլեկտրադինամիկայի միասնական ավարտից մինչև վերջ դասընթաց ստեղծելու հայեցակարգը: Այն պետք է ներառի առանց կրկնության կամ կրկնության, ինչը բավականին կարևոր է, ընդհանուր և տեսական ֆիզիկայի դասընթացներում ուսումնասիրված բոլոր թեմաները, ինչպիսիք են «Էլեկտրականություն և մագնիսականություն», «Էլեկտրադինամիկան և SRT-ի հիմունքները», «Շարունակական մեդիայի էլեկտրոդինամիկան»: եւ այլն։
Նման դասընթացը թույլ կտա պահպանել ներկայացման և ձևավորման միասնական ոճ, նույն նշումը, միավորների միասնական համակարգ և մաթեմատիկական ապարատի նմանատիպ օգտագործում, ինչը, անշուշտ, կհեշտացնի այս դժվար նյութի ընկալումը ուսանողների կողմից:
Հարկ է նշել, որ հեղինակների գիտական հետաքրքրությունները կայանում են բարձր անհավասարակշռություն ունեցող պլազմայի էլեկտրադինամիկայի, տարբեր բնույթի էլեկտրադինամիկական համակարգերի և կառուցվածքների ոչ գծային երևույթների, պլազմայի էլեկտրոնիկայի և ռադիոֆիզիկայի որոշ հարցերի շուրջ, ինչը, իհարկե, այս ձեռնարկը դարձնում է որպես հնարավորինս մոտ ժամանակակից գիտական նվաճումներին։
Այս հայեցակարգի իրականացումը սկսվել է 2002 թվականին «Էլեկտրականություն և մագնիսականություն. դասախոսությունների դասընթաց» դասագրքի թողարկմամբ: Մաս 1. Էլեկտրաստատիկա», որը հաստատվել է կրթության նախարարության կողմից՝ որպես ֆիզիկամաթեմատիկական առարկաների ուսանողների ուսուցման միջոց։
Այս ձեռնարկի միջոցով ուսուցումը ցույց է տվել իր անկասկած արդյունավետությունն ու պահանջարկը ուսանողների շրջանում: 2004 թվականին հրատարակվել է «Էլեկտրականություն և մագնիսականություն» դասընթացի խնդիրների ժողովածուն։ WEB փաստաթղթերի ձևաչափով այս նյութերի պատրաստումը հնարավորություն տվեց դրանք օգտագործել ոչ միայն լրիվ դրույքով ուսանողների, այլև հեռակա ուսուցման համար:
Այս ձեռնարկում օգտագործվում է ներկայացման ավելի հակիրճ «հեռագրական» ոճ, և լեզուն, ընդհանուր առմամբ, հեռու է ակադեմիականից և հնարավորինս մոտ է խոսակցականին, ինչպես, ըստ էության, պետք է լինի, քանի որ նյութը արձանագրել այն, ինչ ուսանողը լսել և տեսել է դասախոսության ժամանակ:
Օգտագործված են մեծ թվով գծագրեր, որոնք, սակայն, սխեմատիկ են և պարզեցված։ Տրված են որոշ բարդ բանաձեւեր՝ մանրամասն եզրակացություններով, որոնք հատկապես արժեքավոր կլինեն գյուղական դպրոցներն ավարտող աշակերտների համար։ Բացի այդ, ըստ հեղինակների, ձեռնարկը պարունակում է խնդիրների լուծման զգալի թվով օրինակներ, որոնք հեշտացնում են հասկանալը.
տեսական նյութ և նպաստելով ապագա ուսուցչի գործնական հմտությունների զարգացմանը:
IN Որպես հիմնական օգտագործվում է միավորների միջազգային համակարգը (SI):
IN Ընդհանուր առմամբ, նյութը համապատասխանում է Բարձրագույն մասնագիտական կրթության պետական կրթական չափորոշիչով և ուսումնական ծրագրով սահմանված նվազագույնին:
Հեղինակները կարծում են, որ էլեկտրամագնիսականության այս դասագիրքը կօգնի այն ուսանողներին, ովքեր այս կամ այն պատճառով (մենք այն վավեր կհամարենք) չեն կարող անկանոն հաճախել կամ հաճախել դասարանի դասերին և զբաղված են ինքնակրթությամբ։ Այդպիսի ուսանողներ գնալով շատանում են, բայց նրանց սովորեցնելը կարդալ ավանդական դասագրքեր և մանրակրկիտ ընտրել դրանցից անհրաժեշտ ինֆորմացիան՝ հաշվի առնելով ներկա ժամանակի իրողությունները, շատ խնդրահարույց է։ Այս ձեռնարկը պարունակում է արդեն ընտրված անհրաժեշտ նյութը, որը լիովին համապատասխանում է Պետական կրթական չափորոշիչին, որպեսզի միջին վիճակագրական ուսանողը քննությունից դրական գնահատական ստանա առանց լրացուցիչ գրականության:
Ուսանողների համար, ովքեր ցանկանում են ավելի խորը գիտելիքներ ձեռք բերել և նախատեսում են ուսումը շարունակել մագիստրատուրայում, այս ձեռնարկի վերջում կա օգտակար գրականության բավականին համապարփակ ցանկ:
Դուք չպետք է մտածեք, որ այս ձեռնարկը հարմար է միայն ուշացած ուսանողների համար: Այն նախատեսված է բոլոր ուսանողների համար, միակ տարբերությունն այն է, որ դասախոսությանը ներկա ուսանողը և դասախոսությունը բաց թողած ուսանողը պետք է աշխատի այս ձեռնարկի հետ տարբեր ձևերով:
Ավելին, երկաստիճան կրթության անցնելու համատեքստում և Բոլոնիայի գործընթացի հիմնական գաղափարների ներթափանցման և իրականացման մեծացման պայմաններում այնպիսի ձեռնարկներ, որոնք մի կողմից բավականաչափ միասնական են պետության խիստ պահանջներին համապատասխանելու համար. ստանդարտ, իսկ մյուս կողմից ունենալ անհատականության և ստեղծագործական հայացքների անկասկած «կնիք», հեղինակներն ավելի ու ավելի պահանջված կլինեն «ուսանողական շուկայում»:
Հարկ է նաև նշել, որ այս ձեռնարկը, միաժամանակ կրճատելով մաթեմատիկական մասը, կարող է տեղադրվել ոչ ֆիզիկական մասնագիտությունների ուսանողների համար:
Տուլա, ապրիլ 2007 թ
Ներածություն
1. Էլեկտրադինամիկան որպես գիտություն
Սահմանում: Էլեկտրադինամիկա– գիտություն, որն ուսումնասիրում է էլեկտրամագնիսական դաշտի վարքը, որը փոխազդում է էլեկտրական լիցքերի միջև:
2. Պատմական նախադրյալներ
Այստեղ դուք կարող եք մեջբերել ֆիզիկայի պատմության գրեթե ամբողջ դասընթացը, որին հղում ենք անում:
3. Երկար և կարճաժամկետ գործողությունների տեսություն
Երկար ժամանակ ֆիզիկայում գերիշխում էր հեռահար գործողության տեսությունը, որը, հիմնվելով մաթեմատիկական օրենքների վրա, նկարագրում էր մարմինների փոխազդեցությունը՝ չնշելով այդ փոխազդեցության մեխանիզմը։ Դա պայմանավորված է նրանով, որ Նյուտոնի լավ ձևակերպված օրենքները հիանալի կերպով նկարագրում էին բոլոր մեխանիկական երևույթները՝ առանց որևէ բացատրության: Մեխանիկական մոտեցումը տարածվեց ֆիզիկայի այլ ճյուղերի վրա (Կուլոնի օրենք)։ Օստրոգրադսկու, Գաուսի, Լապլասի և այլնի ստեղծագործությունները։ այս տեսությունը ձեռք բերեց ամբողջական մաթեմատիկական ձև: Միաժամանակ գիտնականներին անհանգստացրել է այն հարցը, թե ինչպես և ինչ օգնությամբ է փոխանցվում փոխազդեցությունը։ Ֆարադեյը ներկայացրեց դաշտ հասկացությունը, որը փոխազդեցության կրողն է։ Երկար ժամանակ տեսությունները գոյություն ունեին հավասարապես։
Քվազի-ստատիկ դաշտերում դրանք հանգեցնում են նույն արդյունքների: Եվ միայն Հերցի և Պոպովի՝ արագ փոփոխվող դաշտերով փորձերից հետո հարցը հստակորեն լուծվեց հօգուտ կարճ հեռահարության գործողության տեսության։ Ենթադրվում է, որ լիցքերի միջև փոխազդեցությունն իրականացվում է տիեզերքում տարածվող էլեկտրամագնիսական դաշտի միջոցով։ Վակուումում դաշտը տարածվում է արագությամբ
c=299792458 մ/վ≈3.00·108 մ/վ:
Էլեկտրական լիցքավորում
1. Ընդհանուր հասկացություններ
Սահմանում: Էլեկտրական լիցքավորումֆիզիկական մեծություն է, որը որոշում է էլեկտրամագնիսական դաշտը, որի միջոցով տեղի է ունենում լիցքերի միջև փոխազդեցությունը։
Չնայած լիցք ձեռք բերելու տարբեր եղանակներին, կա միայն երկու տեսակի էլեկտրաէներգիա՝ «ապակյա» և «խեժ» («+» և «–»): Թեև կարծիք կա, որ իրականում սա մեկ տեսակի էլեկտրաէներգիայի ավելցուկ է կամ բացակայություն, այն է՝ բացասական։ Բնության մեջ դրական էլեկտրաէներգիայի քանակը մոտավորապես հավասար է բացասական էլեկտրաէներգիայի քանակին։
2. Էլեկտրականացված մարմինների ստացման մեթոդներ
3. Լիցքավորման չափում
Սահմանում. Փորձնական լիցքը լիցք է, որը աղավաղում չի առաջացնում առկա դաշտում:
Թող լինի որոշակի էլեկտրական դաշտ: Մենք փորձնական լիցքավորում ենք դնում դաշտի ինչ-որ կետում: Դաշտը որոշակի ուժով կգործի դրա վրա։
Մենք ներկայացնում ենք ևս մեկ փորձնական լիցքավորում այս ոլորտում: Եթե ուժերն ուղղված են մեկ ուղղությամբ, ապա լիցքերը նույնանուն են, եթե ոչ, ապա դրանք հակառակ են։
F 1 = F 2 q 1 q 2
F 1 = const = q 1 F 2 q 2
Իմանալով ուժերի հարաբերակցությունը՝ գիտենք նաև լիցքերի հարաբերակցությունը, և որպես չափանիշ ընդունելով լիցքերից մեկը՝ նշում ենք լիցքերի չափման հիմնարար մեթոդը։
4. Լիցքավորման միավոր
Սահմանում. 1 Կուլոնը էլեկտրական լիցքի SI միավոր է, որը հավասար է հաղորդիչի խաչմերուկով 1 վրկ-ում հոսող լիցքին 1 Ա հաստատուն հոսանքով:
5. Լիցքի պահպանման օրենք
Եթե էներգետիկ ֆոտոն ընկնում է փակ համակարգի վրա, կարող է առաջանալ զուգակցված էլեկտրական լիցք։ Ընդհանուր առմամբ, համակարգի լիցքավորումը չի փոխվի։ Բոլոր փորձերը ցույց են տալիս, որ լիցքը պահպանված լինելու հատկություն ունի, ուստի այս դիրքը բարձրացվում է պոստուլատի աստիճանի:
Օրենք. Փակ համակարգում էլեկտրական լիցքը հաստատուն մեծություն է:
∑ qi = կոնստ.
i= 1
6. Լիցքավորեք Երկիրը
Երկրի լիցքը բացասական է։
q = − 6 105 C .
7. Լիցքավորման անփոփոխություն
Հիմնականում լիցքերը չափվում են ուժերի համեմատությամբ։ Ուժը անփոփոխ է, այսինքն. նույնն է տարբեր հղման համակարգերում: Հետեւաբար, լիցքավորման հարաբերակցությունը նույնպես անփոփոխ է: Իսկ եթե լիցքավորման նորմատիվը նույնն է, ապա կարելի է ասել, որ տարբեր ռեֆերենս համակարգերում լիցքը նույն քանակական արժեքն ունի։
8. Լիցքավորման դիսկրետություն
Ցանկացած վճար կարող է ներկայացվել ձևով
q = N e , N = 0, ± 1, ± 2, ...
|ե| = 1.6021892 (46) · 10-19 C - տարրական լիցք
Էլեկտրական լիցքը կոչվում է դիսկրետ կամ քվանտացված, այսինքն. Գոյություն ունի որոշակի նվազագույն գումար, որը հնարավոր չէ հետագայում բաժանել:
9. Լիցքավորված մարմինների մոդելներ
Որպես կանոն, ենթադրվում է, որ լիցքը շարունակաբար «քսվում» է մարմնի վրա և ներմուծվում են ֆիզիկապես անսահման փոքր լիցք և ծավալ հասկացությունները։
<< dV
< |
10− 27 |
÷ 10 |
− 30 մ 3; |
<< dq << Q ; |
||||||||||||
Զանգվածային խտություն |
Մակերեսային |
Գծային խտություն |
||||||||||||||
խտությունը |
||||||||||||||||
ρ = |
= ρ(x, y, z) |
σ = dq |
τ = dq |
|||||||||||||
Q = ∫ ρ (x, y, z) dV |
Q = ∫ σ dS |
Q = ∫ τ դլ |
||||||||||||||
V մարմին |
Ս մարմին |
L մարմին |
||||||||||||||
10. Կետային լիցքավորում
Սահմանում: Կետային լիցքավորումկոչվում է նյութական կետ, որն ունի լիցք:
Կետային լիցքի խտությունը կարելի է գրել որպես բանաձև.
ρ (r) = q δ (r − r 0).
Այստեղ r 0-ը շառավիղի վեկտորն է, որը որոշում է կետային լիցքի դիրքը. δ (r − r 0)
- Dirac delta ֆունկցիան:
11. Delta ֆունկցիա կամ Dirac ֆունկցիա։
Միաչափ դեպքում այս ֆունկցիան սահմանվում է հետևյալ կերպ.
0, x ≠ 0 |
||
∫ δ (x) dx = 1 |
||
δ(x) = ∞, x = 0 |
||
Դրանից բխում է նաև
Էլեկտրաստատիկան էլեկտրականության գիտության ճյուղ է, որն ուսումնասիրում է անշարժ էլեկտրական լիցքերը։ Այն հիմնված է 3 հիմնական փաստի վրա՝ երկու տեսակի լիցքերի առկայությունը, նրանց միջև փոխազդեցության առկայությունը և սուպերպոզիցիայի սկզբունքը (երկու լիցքերի փոխազդեցության վրա երրորդը չի ազդում)։
Եվ այսպես, բնության մեջ կան երկու տեսակի էլեկտրական լիցքեր. Պայմանականորեն, նրանցից մեկին տրվում է գումարած նշան «+», իսկ մյուսին, համապատասխանաբար, մինուս նշան «-»: Այս լիցքերի շուրջ էլեկտրական դաշտ կա, և եթե այդ լիցքերը անշարժ են, ապա դաշտը կոչվում է էլեկտրաստատիկ։
Նկար 1 Բացասական և դրական լիցքեր:
Էլեկտրական լիցքը դիսկրետ մեծություն է։ Այսինքն՝ այն բաղկացած է որոշակի չափի տարրական լիցքերից։ Եվ ցանկացած մարմնի ընդհանուր լիցքը այս տարրական լիցքի բազմապատիկն է։
Էլեկտրաստատիկայում լիցքերն ուսումնասիրելիս կիրառվում են միջինացման մեթոդներ՝ ինչպես ժամանակի, այնպես էլ տարածության մեջ։ Սա մեզ թույլ է տալիս քաոսային ջերմային շարժման մեջ լիցքերը համարել անշարժ:
Բոլոր լիցքերը՝ և՛ դրական, և՛ բացասական, նյութի մոլեկուլների մի մասն են։ Այսպիսով, ցանկացած մարմին ունի մեծ թվով մեղադրանքներ։ Բայց էլեկտրաստատիկ լիցքերի փոխազդեցության երևույթները կարելի է դիտարկել միայն այն դեպքում, եթե մարմինը ունի նույն նշանի լիցքերի ավելցուկ (դեֆիցիտը)։
Լիցքի պահպանման օրենքը ասում է, որ եթե համակարգը փակ է, ապա դրա ընդհանուր լիցքը անփոփոխ է։ Այս գանձումները կարող են ցանկացած ձևով բաշխվել համակարգի ներսում, ինչը չի ազդի ամբողջ համակարգի լիցքավորման վրա:
Էլեկտրական լիցքերով ստեղծված դաշտի չափման միավորը ինտենսիվությունն է։ Այն գրաֆիկորեն պատկերված է ուժի գծերի տեսքով։ Դաշտի գծերի խտությունը ցույց է տալիս դաշտի ուժգնության մեծությունը:
Նկար 2-ի դաշտը ի տարբերություն լիցքերի միջև:
Նման լիցքերը միշտ վանում են, իսկ ի տարբերություն լիցքերը ձգում են։ Չափերի լիցքերի միջև, որոնք կարելի է անտեսել (կետային լիցքեր), գործում է այսպես կոչված Կուլոնյան ուժը։ Կուլոնի օրենքը որոշում է երկու էլեկտրական լիցքերի փոխազդեցության ուժը՝ կախված դրանց մեծությունից և նրանց միջև եղած հեռավորությունից։
Ֆորմուլա 1 Կուլոնի օրենքը
Էլեկտրաստատիկ դաշտը պոտենցիալ է: Սա նշանակում է, որ լիցքը մի կետից մյուսը տեղափոխելու համար կատարված աշխատանքը կախված չէ լիցքավորման ուղու ձևից։ Եթե կետերից մեկը գտնվում է անսահմանության վրա, ապա կարելի է ներմուծել էլեկտրական պոտենցիալ հասկացությունը։ Այն որոշում է լիցքը անսահմանությունից տարածության տվյալ կետ տեղափոխելու վրա ծախսված աշխատանքը:
Եվ վերջապես, անդրադառնանք դաշտի սուպերպոզիցիայի սկզբունքին։ Սկզբունքի էությունն այն է, որ մի քանի կետային լիցքերի արդյունքում առաջացող դաշտը կլինի լիցքերից յուրաքանչյուրի դաշտերի վեկտորային գումարը առանձին։ Այսինքն՝ երրորդ լիցքի դաշտը չի ազդում մյուս երկու լիցքերի դաշտերի վրա։
Նկար 3 դաշտի սուպերպոզիցիայի սկզբունքը
Հիմնական խնդիրները, որոնք լուծում է էլեկտրաստատիկան, մակերևույթի վրա լիցքի բաշխման որոշումն է՝ իմանալով մակերեսի ներուժը կամ դրա ընդհանուր լիցքը: Հաղորդիչների համակարգի էներգիայի հայտնաբերում, դրանց լիցքերի և պոտենցիալների իմացություն: Եվ նաև էլեկտրական դաշտում տարբեր նյութերի վարքագծի ուսումնասիրությունը:
Հանրագիտարան YouTube
-
1 / 5
Էլեկտրաստատիկայի հիմքը դրվել է Կուլոնի աշխատությամբ (չնայած նրանից տասը տարի առաջ նույն արդյունքները, նույնիսկ ավելի մեծ ճշգրտությամբ, ստացել է Քավենդիշը։ Քավենդիշի աշխատանքի արդյունքները պահվել են ընտանեկան արխիվում և հրապարակվել ընդամենը հարյուրը։ տարիներ հետո); վերջինիս հայտնաբերած էլեկտրական փոխազդեցությունների օրենքը Գրինին, Գաուսին և Պուասոնին հնարավորություն տվեց ստեղծել մաթեմատիկորեն էլեգանտ տեսություն։ Էլեկտրաստատիկայի ամենակարևոր մասը պոտենցիալների տեսությունն է, որը ստեղծվել է Գրինի և Գաուսի կողմից: Էլեկտրաստատիկայի վերաբերյալ բազմաթիվ փորձարարական հետազոտություններ իրականացրեց Ռիսը, ում գրքերը նախկինում կազմում էին այս երևույթների ուսումնասիրության հիմնական ուղեցույցը:
Դիէլեկտրիկ հաստատուն
Ցանկացած նյութի դիէլեկտրական K գործակցի արժեքը գտնելը, գործակիցը, որը ներառված է գրեթե բոլոր բանաձևերում, որոնց հետ պետք է գործ ունենալ էլեկտրաստատիկայում, կարող է կատարվել շատ տարբեր ձևերով: Առավել հաճախ օգտագործվող մեթոդները հետևյալն են.
1) երկու կոնդենսատորների էլեկտրական հզորությունների համեմատություն, որոնք ունեն նույն չափը և ձևը, բայց որոնցից մեկում մեկուսիչ շերտը օդի շերտ է, մյուսում` փորձարկվող դիէլեկտրիկի շերտ.
2) Կոնդենսատորի մակերևույթների միջև ձգողականության համեմատությունը, երբ այդ մակերևույթներին հաղորդվում է որոշակի պոտենցիալ տարբերություն, բայց մի դեպքում դրանց միջև օդ կա (գրավիչ ուժ = F 0), մյուս դեպքում՝ փորձարկման հեղուկ մեկուսիչը ( գրավիչ ուժ = F): Դիէլեկտրիկ գործակիցը հայտնաբերվում է բանաձևով.
K = F 0 F. (\displaystyle K=(\frac (F_(0))(F)).)3) լարերի երկայնքով տարածվող էլեկտրական ալիքների (տես Էլեկտրական տատանումներ) դիտարկումները. Մաքսվելի տեսության համաձայն՝ լարերի երկայնքով էլեկտրական ալիքների տարածման արագությունն արտահայտվում է բանաձևով.
V = 1 K μ . (\displaystyle V=(\frac (1)(\sqrt (K\mu))))որտեղ K-ն նշանակում է մետաղալարը շրջապատող միջավայրի դիէլեկտրական գործակիցը, μ-ն նշանակում է այս միջավայրի մագնիսական թափանցելիությունը։ Մենք կարող ենք դնել μ = 1 մարմինների ճնշող մեծամասնության համար, և, հետևաբար, ստացվում է
V = 1 Կ. (\displaystyle V=(\frac (1)(\sqrt (K))))Սովորաբար, համեմատվում են կանգնած էլեկտրական ալիքների երկարությունները, որոնք առաջանում են օդում տեղակայված նույն մետաղալարի մասերում և փորձարկման դիէլեկտրիկում (հեղուկ): Որոշելով այս երկարությունները λ 0 և λ, մենք ստանում ենք K = λ 0 2 / λ 2: Մաքսվելի տեսության համաձայն, հետևում է, որ երբ էլեկտրական դաշտը գրգռվում է որևէ մեկուսիչ նյութում, այս նյութի ներսում տեղի են ունենում հատուկ դեֆորմացիաներ: Ինդուկցիոն խողովակների երկայնքով մեկուսիչ միջավայրը բևեռացված է: Նրանում առաջանում են էլեկտրական տեղաշարժեր, որոնք կարելի է նմանեցնել դրական էլեկտրաէներգիայի շարժումներին այս խողովակների առանցքների ուղղությամբ, և խողովակի յուրաքանչյուր խաչմերուկով անցնում է էլեկտրաէներգիա, որը հավասար է.
D = 1 4 π K F. (\displaystyle D=(\frac (1)(4\pi ))KF.)Մաքսվելի տեսությունը հնարավորություն է տալիս գտնել այն ներքին ուժերի (լարման և ճնշման ուժեր) արտահայտությունները, որոնք հայտնվում են դիէլեկտրիկների մեջ, երբ նրանց մեջ էլեկտրական դաշտ է գրգռվում։ Այս հարցը սկզբում դիտարկել է ինքը՝ Մաքսվելը, իսկ ավելի ուշ՝ ավելի մանրամասն՝ Հելմհոլցը։ Այս հարցի տեսության և էլեկտրալարման սերտորեն կապված տեսության հետագա զարգացումը (այսինքն՝ տեսությունը, որը դիտարկում է երևույթներ, որոնք կախված են դիէլեկտրիկների մեջ հատուկ լարումների առաջացումից, երբ դրանցում էլեկտրական դաշտ է գրգռվում) պատկանում է Լորբերգի աշխատություններին. Կիրխհոֆը, Պ. Դյուհեմը, Ն. Ն. Շիլլերը և մի քանի ուրիշներ
Սահմանային պայմանները
Եկեք ավարտենք էլեկտրաստրակցիայի ամենակարևոր ասպեկտների մեր հակիրճ ներկայացումը` դիտարկելով ինդուկցիոն խողովակների բեկման հարցը: Եկեք պատկերացնենք երկու դիէլեկտրիկներ էլեկտրական դաշտում, որոնք միմյանցից բաժանված են ինչ-որ S մակերեսով, K 1 և K 2 դիէլեկտրական գործակիցներով։
Թող P 1 և P 2 կետերում, որոնք գտնվում են դրա երկու կողմերում գտնվող S մակերևույթին անսահման մոտ, պոտենցիալների մեծությունները արտահայտված են V 1 և V 2-ի միջոցով, և այն ուժերի մեծությունները, որոնք զգացվում են դրական էլեկտրականության միավորի կողմից դրված այս կետերը F 1 և F 2-ի միջով: Այնուհետև S մակերևույթի վրա ընկած P կետի համար պետք է լինի V 1 = V 2,
d V 1 d s = d V 2 d s , (30) (\displaystyle (\frac (dV_(1))(ds))=(\frac (dV_(2))(ds)),\qquad (30))եթե ds-ը ներկայացնում է P կետում S մակերևույթին շոշափող հարթության հատման գծի երկայնքով անվերջ փոքր տեղաշարժը և հարթությունը, որն անցնում է նորմալի միջով դեպի մակերևույթ այս կետում և դրանում գտնվող էլեկտրական ուժի ուղղությամբ: Մյուս կողմից, դա պետք է լինի
K 1 d V 1 d n 1 + K 2 d V 2 d n 2 = 0. (31) (\displaystyle K_(1)(\frac (dV_(1))(dn_(1)))+K_(2)( \frac (dV_(2))(dn_(2)))=0.\qquad (31))Ե 2-ով նշանակենք F2 ուժի կողմից ստեղծված անկյունը նորմալ n2-ով (երկրորդ դիէլեկտրիկի ներսում), իսկ ε 1-ով նշենք F 1 ուժի կողմից ստեղծված անկյունը նույն նորմալ n 2-ով Այնուհետև օգտագործելով (31) բանաձևերը և (30), մենք գտնում ենք
t g ε 1 t g ε 2 = K 1 K 2 . (\displaystyle (\frac (\mathrm (tg) (\varepsilon _(1)))(\mathrm (tg) (\varepsilon _(2)))=(\frac (K_(1))(K_( 2)))))Այսպիսով, երկու դիէլեկտրիկները միմյանցից բաժանող մակերեսի վրա էլեկտրական ուժը ենթարկվում է ուղղության փոփոխության, ինչպես լույսի ճառագայթը, որը ներթափանցում է մի միջավայրից մյուսը: Տեսության այս հետևանքն արդարացված է փորձով։
- հետ շփման մեջ 0
- Google+ 0
- լավ 0
- Ֆեյսբուք 0
