თავდაპირველად, სფეროს კონცეფცია შეიძლება ჩანდეს ცოტა აბსტრაქტული. რა ავსებს ადგილს ეს იდუმალი უხილავი რამ? ეს შეიძლება რაღაც ჟღერდეს სამეცნიერო ფანტასტიკისგან!
მაგრამ ველი მხოლოდ მათემატიკური კონსტრუქციაა, ან ვექტორის მინიჭების გზა სივრცის ყველა რეგიონში, რომელიც გარკვეულწილად მიანიშნებს იმაზე, თუ რამდენად ძლიერი ან სუსტია ეფექტი თითოეულ წერტილში.
ელექტრული ველის განმარტება
ისევე, როგორც მასის მქონე ობიექტები ქმნიან გრავიტაციულ ველს, ელექტრული მუხტის მქონე ობიექტები ქმნიან ელექტრულ ველებს. მოცემულ წერტილში ველის მნიშვნელობა გაძლევთ ინფორმაციას იმის შესახებ, თუ რა დაემართება სხვა ობიექტს იქ განთავსებისას. გრავიტაციული ველის შემთხვევაში, ის იძლევა ინფორმაციას იმის შესახებ, თუ რა მიზიდულ ძალას იგრძნობს სხვა მასა.
ანელექტრული ველიარის ვექტორული ველი, რომელიც სივრცის თითოეულ წერტილს ანიჭებს ვექტორს, რომელიც მიუთითებს ელექტროსტატიკური ძალის ერთეულ მუხტზე ამ ადგილას. მუხტით ნებისმიერი ნივთი წარმოქმნის ელექტრულ ველს.
ელექტრულ ველთან დაკავშირებული SI ერთეულები არის ნიუტონები თითო კულონზე (N / C). და ელექტრული ველის სიდიდე წერტილოვანი წყაროს მუხტის გამოQმოცემულია:
E = \ frac {kQ} {r ^ 2}
სადრმანძილია მუხტიდანQდა კულონის მუდმივაკ = 8.99 × 109 ნმ2/ გ2.
კონვენციის მიხედვით, ელექტრული ველის მიმართულება რადიალურად დაშორებულია პოზიტიური მუხტებისგან და უარყოფითი მუხტებისკენ. ამაზე ფიქრის კიდევ ერთი გზაა ის, რომ ის ყოველთვის მიუთითებს იმ მიმართულებით, რომ პოზიტიური ტესტის მუხტი გადაადგილდება, თუ იქ განთავსდება.
ვინაიდან ველი არის ძალა ერთეულ მუხტზე, მაშინ ძალა წერტილოვანი ტესტის მუხტზეqმინდორშიეუბრალოდ იქნება პროდუქტიqდაე:
F = qE = \ frac {kQq} {r ^ 2}
რაც იგივე შედეგია კულონის კანონით ელექტრო ძალისთვის.
ველი მოცემულ წერტილში მრავალი წყაროს ბრალდებით ან მუხტის განაწილებით არის ველის ვექტორული ჯამი, თითოეული ინდივიდუალური მუხტის გამო. მაგალითად, თუ საველე მუხტით წარმოებული ველიQ1მოცემულ წერტილში მარტო არის 3 N / C მარჯვნივ და ველი, რომელიც წარმოიქმნება წყაროს მუხტითQ2ერთსა და იმავე წერტილში მარტო არის 2 N / C მარცხნივ, შემდეგ ორივე წერტილის ველი ამ წერტილში იქნება 3 N / C - 2 N / C = 1 N / C მარჯვნივ.
ელექტრო საველე ხაზები
ხშირად ელექტრული ველები გამოსახულია სივრცეში უწყვეტი ხაზებით. ველის ვექტორები მოცემულ წერტილში საველე ხაზებისადმი შეხებაა და ეს ხაზები მიუთითებს ბილიკზე, რომელსაც გაივლის პოზიტიური მუხტი, თუ ამ სფეროში თავისუფლად გადაადგილდება.
ველის ინტენსივობა ან ელექტრული ველის სიმტკიცე მითითებულია ხაზების დაშორებით. ველი უფრო ძლიერია იმ ადგილებში, სადაც საველე ხაზები უფრო ახლოს არის და სუსტია, სადაც ისინი უფრო გაშლილია. ელექტრული ველის ხაზები, რომლებიც ასოცირდება პოზიტიურ წერტილთან, შემდეგს ჰგავს:
დიპოლის საველე ხაზები ჰგავს დიპოლის გარე კიდეებზე წერტილოვან მუხტს, მაგრამ ერთმანეთისგან ძალიან განსხვავებულია:
•••ვიკიმედია საერთო
შეიძლება ელექტრო საველე ხაზებს ოდესმე გადაკვეთონ?
ამ კითხვაზე პასუხის გასაცემად, გაითვალისწინეთ, რა მოხდება, თუ საველე ხაზები გადაკვეთა.
როგორც ადრე აღვნიშნეთ, ველის ვექტორები ყოველთვის შეხებაა ველის ხაზებთან. თუ ორი საველე ხაზი გადაკვეთს, მაშინ გადაკვეთის ადგილას, ორი სხვადასხვა ველის ვექტორი იქნება, რომელთაგან თითოეული მიმართულია სხვა მიმართულებით.
მაგრამ ეს არ შეიძლება იყოს. არ შეიძლება გქონდეს ორი განსხვავებული ველის ვექტორი სივრცეში ერთსა და იმავე წერტილში. ეს იმაზე მეტყველებს, რომ ამ ადგილას განთავსებული დადებითი მუხტი როგორღაც ერთზე მეტი მიმართულებით იმოძრავებს!
ამიტომ პასუხი არ არის, ველის ხაზების გადაკვეთა არ შეიძლება.
ელექტრული ველები და კონდუქტორები
კონდუქტორში ელექტრონები თავისუფლად მოძრაობენ. თუ ელექტრული ველი იმყოფება კონდუქტორის შიგნით, მაშინ ეს მუხტები გადავა ელექტრული ძალის გამო. გაითვალისწინეთ, რომ გადაადგილებისთანავე, ბრალდების გადანაწილება დაიწყება ქსელის ველში.
ელექტრონები განაგრძობენ მოძრაობას მანამ, სანამ დირიჟორის შიგნით არსებობს ნულოვანი ველი. აქედან გამომდინარე, ისინი გადაადგილდებიან მანამ, სანამ არ განაწილდებიან ისე, რომ გააუქმონ შიდა ველი.
მსგავსი მიზეზით, გამტარზე განთავსებული ნებისმიერი წმინდა მუხტი ყოველთვის დევს გამტარის ზედაპირზე. ეს იმიტომ ხდება, რომ მსგავსი ბრალდებები მოგერიდება, თანაბრად განაწილდება ისე, როგორც ერთნაირად და შორს შესაძლებელია, თითოეულმა წვლილი შეიტანოს ქსელის შიდა სფეროში ისე, რომ მათი ეფექტები გააუქმოს ერთმანეთი გარეთ
ამრიგად, სტატიკურ პირობებში, გამტარის შიგნით ველი ყოველთვის ნულის ტოლია.
კონდუქტორების ეს თვისება საშუალებას იძლევაელექტრო დამცავი. ეს არის ის, რომ კონდუქტორში თავისუფალი ელექტრონები ყოველთვის განაწილდებიან ისე, რომ ისინი გააუქმებენ ველი შიგნით, მაშინ ყველაფერი, რაც გამტარ ბადეშია, დაცული იქნება გარე ელექტრულიდან ძალებს.
გაითვალისწინეთ, რომ ელექტრული ველის ხაზები ყოველთვის შემოდის და ტოვებს გამტარ ზედაპირს პერპენდიკულურად. ეს იმიტომ ხდება, რომ ველის ნებისმიერი პარალელური კომპონენტი გამოიწვევს ზედაპირზე თავისუფალი ელექტრონების გადაადგილებას, რასაც ისინი გააკეთებენ მანამ, სანამ ამ მიმართულებით აღარ იქნება ველი.
ელექტრული ველის მაგალითები
მაგალითი 1:რა არის ელექტრული ველი შუალედში +6 μC მუხტსა და +4 μC მუხტს შორის, რომელიც გამოყოფილია 10 სმ-ით? რა ძალას იგრძნობდა +2 μC ტესტის მუხტი ამ ადგილას?
დაიწყეთ კოორდინატების სისტემის არჩევით, სადაც დადებითიაx-აქსი მიუთითებს მარჯვნივ და დაეყოს +6 μC მუხტი საწყისში, ხოლო + 4 μC მუხტიx= 10 სმ. წმინდა ელექტრული ველი იქნება ველის ვექტორული ჯამი +6 μC მუხტის (რომელიც მიუთითებს მარჯვნივ) და ველი +4 μC მუხტის გამო (რომელიც მარცხნივ მიგვანიშნებს):
E = \ frac {(8.99 \ ჯერ 10 ^ 9) (6 \ ჯერ 10 ^ {- 6})} {0.05 ^ 2} - \ frac {(8.99 \ ჯერ 10 ^ 9) (4 \ ჯერ 10 ^ {- 6})} {0.05 ^ 2} = 7.19 \ ჯერ 10 ^ 6 \ ტექსტი {N / C}
+2 μC მუხტით იგრძნობა ელექტრული ძალა:
F = qE = (2 \ ჯერ 10 ^ {- 6}) (7.19 \ ჯერ 10 ^ 6) = 14.4 \ ტექსტი {N}
მაგალითი 2:0.3 μC მუხტი არის წარმოშობის ადგილას და -0.5 μC მუხტი მოთავსებულია x = 10 სმ-ზე. იპოვნეთ ადგილმდებარეობა, სადაც წმინდა ელექტრული ველია 0.
პირველ რიგში, შეგიძლიათ გამოიყენოთ მსჯელობა იმის დასადგენად, რომ ეს არ შეიძლება იყოსშორისორი მუხტი, რადგან მათ შორის წმინდა ველი ყოველთვის იქნება ნულოვანი და მიუთითებს მარჯვნივ. ასევე არ შეიძლება იყოსმართალი-5 μC მუხტიდან, რადგან წმინდა ველი იქნება მარცხნივ და ნულოვანი. ამიტომ ეს უნდა იყოსმარცხენა0.3 μC მუხტისგან.
დაედ= მანძილი 0.3 μC მუხტის მარცხნიდან, სადაც ველი არის 0. გამოხატვა წმინდა ველისთვის atდარის:
E = - \ frac {k (0.3 \ text {μC})} {d ^ 2} + \ frac {k (0.5 \ text {μC})} {(d + .1) ^ 2} = 0
ახლა თქვენ გადაწყვიტეთდ,პირველი გაუქმებითკ 's:
- \ frac {0.3 \ text {μC}} {d ^ 2} + \ frac {0.5 \ text {μC}} {(d + .1) ^ 2} = 0
შემდეგ გამრავლდით მნიშვნელების მოსაშორებლად, გაამარტივებთ და გააკეთებთ კვადრატულ ფორმულას:
5d ^ 2 - 3 (0,1 + დ) ^ 2 = 2d ^ 2 - 0,6d - 0,03 = 0
კვადრატის გადაჭრა იძლევად= 0,34 მ
ამრიგად, წმინდა ველი ნულოვანია 0.3 μC მუხტის მარცხნივ 0.34 მ-ში.