A téma a klasszikus elektrodinamika
A téma a klasszikus elektrodinamika. Az elektromos mező. Az elektromos térerősség.
Tárgy elektrodinamiki.Elektrodinamika - részben a fizika interakció vizsgálata az elektromosan töltött részecskéket és egy speciális fajta anyag által generált ezek a részecskék - az elektromágneses mezőt.
Elektrosztatika - elektrodinamika részén, kölcsönhatásának tanulmányozására töltött testek mozdulatlanul. Az elektromos mező elvégzésére ezt a kölcsönhatást nevezzük elektrosztatikus.
1.1. Elektromos töltések.
Előállítására szolgáló eljárások díjakat. A törvény megőrzése elektromos töltés.
A természetben kétféle elektromos töltések, hagyományosan az úgynevezett pozitív és negatív. Történelmileg úgynevezett pozitív töltések, mint például azok, amelyek során előforduló dörzsölés üveg selyem; negatív - költségek, mint például azok, amelyek előfordulnak borostyán dörzsölés szőr. A díjak az azonos megjelölés taszítják egymástól, a díjak ellentétes előjelű - vonzott (1.1 ábra).
A fő, hogy a töltések az atomisztikus (diszkrét). Ez azt jelenti, hogy a természetben van a legkisebb, tovább nem osztható díj, az úgynevezett elemi. A mennyiség az elemi töltés abszolút érték SI:
Elektromos töltések rejlő sok elemi részecskék, különösen az elektronok és a protonok, részét képező különböző atomot tartalmaz, amelyek valamennyi szerv a természetben épített. Meg kell azonban jegyezni, hogy a modern elképzelések erősen kölcsönható részecskék - hadronokat (mezonok és barionok) - van kialakítva az úgynevezett kvark - speciális hordozó részecskéket a frakcionált töltés. Az már ismert, hatféle kvarkok - u, d, s, t, b és c - előnyös az első betű a szó: fel -Upper, lefelé -rövid szénláncú, oldalsó módon -bokovoy (vagy furcsa -Country), top-vertex, alsó - szélsőséges és báj -ocharovanny. Ezek vannak csoportosítva párban túró: (u, d), (c, s), (t, b). Quark u, c, t +2/3 van töltés, és a töltés túró d, s, b egyenlő - 1/3. Minden kvark saját antikvark. Továbbá minden kvark lehet az egyik három állam színű (piros, sárga és kék). Mezonoknak áll két kvarkok barionok - három. Szabad állapotban kvarkok nem figyelhető meg. Ez azt sugallja, hogy az elemi töltés természet még egész szám ingyenes e. Ahelyett, hogy a frakcionált felelős kvarkok. Töltse makroszkopikus testek kialakított meghatározott elemi díjak, és ezért egy egész számú többszöröse e.
A kísérletek elektromos töltést használják a különböző eljárások azok előállítására. A legegyszerűbb és legősibb módja - dörzsölés más szervek. Ebben az esetben a súrlódási önmagában nem játszik alapvető szerepet. Elektromos töltések mindig megjelenik, ha szoros érintkezés felületét érintkezésbe szervek. Friction (kenőcs) csak segít, hogy megszüntesse a szabálytalanságok felszínén érintkező testek, amelyek akadályozzák a szűk illik egymáshoz kapcsolódnak, ezáltal kedvező feltételeket átadása díjak egyik testből a másikba. Ez a módszer a termelő elektromos töltések képezi az akció néhány elektromos autók, például egy elektrosztatikus generátor Van de Graaf (Van de Graaff R. 1901-1967), használják a nagy energiájú fizika.
Egy másik módja az, hogy a töltések alapján a jelenség az elektrosztatikus indukció. A lényege az, ábrán látható 1.2. Hozd a szétválás kétfelé töltetlen fém váz (nem ér hozzá) egy másik test, töltött, mondjuk, pozitívan. Mivel a elmozdulását egy bizonyos hányadát a meglévő fém mentes negatív töltésű elektronok, a bal fele az eredeti test szerez negatív töltés felesleg, és a jobb oldalon - az azonos nagyságú, de ellentétes előjelű a pozitív töltés. Ha most jelenlétében egy külső szerv, hogy feloldja a két fél egymástól, és távolítsa el töltött test, mindegyikük kerül felszámolásra. Ennek eredményeképpen megkapjuk a két új szerv egyenlő nagyságú és ellentétes töltéseket.
Megvalósult tapasztalat azt is mutatja, a törvény megőrzése elektromos töltés. amely szerint egy teljes töltés * elektromosan szigetelt rendszer állandó marad:
* A rendszer neve egy elektromosan szigetelt. ha annak felületén keresztül átruházását korlátozó díjak nem lehetséges, azaz a áramlását elektromos áram.
A mi konkrét esetben a teljes díjat a kezdeti test előtt és után a kísérlet nem változott - maradt a nulla:
1.2. A kölcsönhatás elektromos töltések.
Coulomb-törvény. A használat Coulomb-törvény kiszámításához erők kölcsönhatásának kiterjesztett töltött testek.
A kölcsönhatás törvénye elektromos töltések hozták létre 1785-ben Charles Coulomb (CoulombSh. 1736-1806). Medál mért kölcsönhatás erősségét két kis golyókat töltésű függően a díjak és a köztük lévő távolság révén speciálisan rájuk inga (1.3 ábra). Ennek eredményeként a pendant kísérletek szerint a kölcsönhatás erősségét két pont díjak egyenesen arányos a nagysága minden töltés, és fordítottan arányos a tér a távolság közöttük, ahol a hatásiránya erő egybeesik a átmenő mind a töltés.
Más szóval, tudjuk írni:
A koefficiens arányosság k függ a választott mértékegység szerepel ebben a képletben értékek:
A jelenleg elfogadott nemzetközi rendszer (SI), Coulomb-törvény van írva, így a következő formában:
Meg kell egyszer hangsúlyozni, hogy ebben a formában a Coulomb-törvény megfogalmazása csak pont díjak, azaz a megbízott szervek, amelynek mérete lehet hanyagolni, összehasonlítva a távolság közöttük. Ha ez a feltétel nem teljesül, a Coulomb-törvény írandó differenciális formában minden páros elemi díjak dq1 és DQ2, amelyek „megtört” szerv:
Ezután a teljes erővel a makroszkopikus közötti kölcsönhatás két töltött testek kerülnek bemutatásra a következő formában:
Az integráció ebben a képletben készült összes díjat az egyes szervek.
Példa. Find F erő, ható ponttöltés Q a végtelenül meghosszabbítható egyenes töltésű izzólámpa (1.4 ábra). A távolság a díjat, hogy a szálak egy lineáris izzószál sűrűségű díj τ.
Szükséges F erő = Fx = Qτ / (2πε0a).
1.3. Az elektromos mező. Az elektromos térerősség. A szuperpozíció elve az elektromos mezők.
Kölcsönhatás elektromos töltések révén hajtják végre, egy speciális anyag keletkezett töltött részecskék - az elektromos mező. Elektromos töltések tulajdonságai megváltoztatására környezetüket. Ez abban nyilvánul meg, hogy az erő (1.5 ábra) hat különböző díjat (nevezzük tárgyalás) közelében helyezkedik el a töltött test. A nagysága ezt a erő lehet megítélni a „intenzitás” a mező által termelt q töltéssel. A kifejtett erő a vizsgálati díjat, azzal jellemezve az elektromos mező egy adott ponton, a vizsgálat töltést kell nyilvánvalóan egy pont.
Ábra 1.5. Meghatározásával az elektromos térerő.
Teszthívással díj QPR bizonyos r távolságban a töltés q (1.5 ábra), azt találjuk, hogy egy erő hat rá, melynek nagysága
Attól függ, hogy az értéket veszi QPR teszt díjat. Ez könnyen belátható azonban, hogy az összes vizsgált díjak aránya F / QPR ugyanaz, és csak attól függ, értékeit q és r. meghatározzuk a területen a töltés Q egy adott r pont. Természetesen azonban, hogy ez az arány a mennyiségre jellemző „intenzitás”, vagy, mint az elektromos tér intenzitása (ebben az esetben ponttöltés mező):
.
Így, az elektromos térerősség erejét jellemző. Számszerűen ez egyenlő ható erő a vizsgálat töltés QPR = 1 helyezzük ezen a területen.
Térerősség - vektor. A iránya egybeesik az irányba ható erő ponttöltés ebbe a mezőbe. Ezért, ha az elektromos térerősség, hogy ponttöltés q, akkor lesz egy erő:
A méret az elektromos mező az SI.
Az elektromos mező kényelmesen képviseli révén elektromos vezetékek. Távvezeték - érintő vonal vektor minden ponton egybeesik az irányt az elektromos mező ezen a ponton. Úgy véljük, hogy az erővonalak kezdődik pozitív töltést, és a végén a negatív (vagy menjen a végtelenig), és soha nem szakad meg. Példák néhány erővonalak az elektromos mező az 1.6 ábrán látható.
Ábra 1.6. Példák a képek elektromos mezők révén erővonalak: ponttöltés (pozitív és negatív), a dipól, egyenletes elektromos mező.
Az elektromos mezőt engedelmeskedik a szuperpozíció elve alapján (kívül), amely a következőképpen foglalható össze: az elektromos mező létrehozott egy bizonyos ponton, hogy a tértöltés rendszer megegyezik a vektor összege erőssége elektromos mezők ugyanazon a ponton a térben egymástól díj külön-külön:
Példa. Az elektromos térerősséget E dipól (két rendszer mereven kapcsolódó pont díjak ellenkező előjelű) egy olyan ponton található a parttól r1 a töltés - q és távolságban r2 a töltés + q (1.7 ábra). A távolság a díjakat (váll dipól) egyenlő l.
1.7 ábra. Kiszámítása az elektromos mező a rendszer két pont díjakat.
. ahol
.
A szög α határozza meg a koszinusz tétel.