Nöqtəli yükün elektrik sahəsini müzakirə edən nümunə suallar
Penqantar
Fizika, cisimlərin və enerjinin qarşılıqlı təsirini də daxil olmaqla, təbiət hadisələrini hərtərəfli araşdıran bir elm sahəsidir. Fizikada ən vacib anlayışlardan biri elektrik sahəsidir. Elektrik sahəsi ətrafdakı elektrik yüklərinin elektrik qüvvələrinə necə təsir etdiyini təsvir edir. Bu məqalədə nöqtəvi yüklü elektrik sahəsi probleminin nümunəsini və onun necə ətraflı həll ediləcəyini müzakirə edəcəyik.
Elektrik Sahələrini Anlamaq
Elektrik sahəsi, digər yüklərin elektrik qüvvəsinə məruz qaldığı elektrik yükü ətrafındakı sahədir. Bu anlayış, elektrik sahəsinin intensivliyi və ya elektrik sahəsinin gücü adlanan və \(E\) simvolu ilə işarələnən bir kəmiyyətlə xarakterizə olunur. Bir nöqtədəki elektrik sahəsinin intensivliyi aşağıdakı tənlikdən istifadə etməklə hesablana bilər:
\[ E = \frac{F}{q} \]
Harada:
– \( E \) elektrik sahəsinin intensivliyidir (N/C),
– \( F \) təsir edən elektrik qüvvəsidir (N),
– \( q \) qüvvəyə (C) məruz qalan yükdür.
Bundan əlavə, elektrik sahəsini yaradan yükün böyüklüyünü və onun məsafəsini biliriksə, aşağıdakı düsturdan istifadə edə bilərik:
\[ E = k \frac{|Q|}{r^2} \]
Harada:
– \( E \) elektrik sahəsinin intensivliyidir (N/C),
– \( k \) Kulon sabitidir \((8.99 \times 10^9 \, \text{N} \cdot \text{m}^2/\text{C}^2)\),
– \( Q \) elektrik sahəsi mənbəyinin (C) yüküdür,
– \( r \) yükdən E-nin ölçüldüyü nöqtəyə qədər olan məsafədir (m).
Nümunə sual: Nöqtə yükünə görə elektrik sahəsi
Müzakirə edəcəyimiz sualların bəzi nümunələri:
Böyüklüyü \(2 \times 10^{-6} \, \text{C}\) və \(-3 \times 10^{-6} \, \text{C}\) olan iki nöqtəvi yük bir-birindən 4 metr məsafədə yerləşdirilib. Birinci yükdən 2 metr, ikinci yükdən isə 2 metr məsafədə yerləşən nöqtədəki elektrik sahəsini təyin edin.
Həll etmək üçün addımlar
Bu nümunə problemini həll etmək üçün aşağıdakı addımlardan istifadə edə bilərik:
Addım 1: Eskizin çəkilməsi
Eskiz bizə yüklərin mövqelərini və elektrik sahəsinin hesablandığı nöqtəni anlamağa kömək edə bilər. Məsələdən məlum olur ki, iki yük arasındakı məsafə 4 metrdir və sözügedən nöqtə ortadadır (hər yükdən 2 metr).
Addım 2: Həmin nöqtədəki hər bir yükün elektrik sahəsini hesablayın
Hər nöqtə yükü üçün elektrik sahəsi düsturundan istifadə edin:
\[ E_1 = k \frac{|Q_1|}{r_1^2} \]
\[ E_2 = k \frac{|Q_2|}{r_2^2} \]
Birinci yük üçün (\(Q_1 = 2 \times 10^{-6} \, \text{C}\)) və 2 metr məsafə üçün (\(r_1 = 2 \, m\)):
\[ E_1 = (8.99 \times 10^9) \cdot \frac{2 \times 10^{-6}}{(2)^2} \]
\[ E_1 = (8.99 \times 10^9) \cdot \frac{2 \times 10^{-6}}{4} \]
\[ E_1 = (8.99 \times 10^9) \cdot 0.5 \times 10^{-6} \]
\[ E_1 = 4.495 \times 10^3 \, \text{N/C} \]
İkinci yük üçün (\(Q_2 = -3 \times 10^{-6} \, \text{C}\)) və 2 metr məsafə üçün (\(r_2 = 2 \, m\)):
\[ E_2 = (8.99 \times 10^9) \cdot \frac{3 \times 10^{-6}}{(2)^2} \]
\[ E_2 = (8.99 \times 10^9) \cdot \frac{3 \times 10^{-6}}{4} \]
\[ E_2 = (8.99 \times 10^9) \cdot 0.75 \times 10^{-6} \]
\[ E_2 = 6.7425 \times 10^3 \, \text{N/C} \]
Addım 3: Elektrik Sahəsinin İstiqamətinin Müəyyənləşdirilməsi
Müsbət yükün yaratdığı elektrik sahəsi həmin yükdən uzaqlaşacaq, mənfi yükün yaratdığı elektrik sahəsi isə həmin yükə doğru yönələcək. Beləliklə, həmin nöqtədəki elektrik sahəsinin istiqaməti aşağıdakı kimidir:
– \( E_1 \) \(Q_1\)-dən uzaqlaşır
– \( E_2 \) \(Q_2\) istiqamətində
Hər iki yük üfüqi oxda yerləşdiyindən, yaranan elektrik sahəsini iki yük arasındakı üfüqi xətt boyunca vektorial olaraq hesablayırıq.
Addım 4: Nəticədə yaranan elektrik sahəsinin hesablanması
Hər iki elektrik sahəsi eyni istiqamətdə (üfüqi) olduğundan, elektrik sahələrinin böyüklüklərini birbaşa toplaya bilərik:
\[ E = E_1 + E_2 \]
\[ E = 4.495 \dəst 10^3 + 6.7425 \dəst 10^3 \]
\[ E = 11.2375 \times 10^3 \, \text{N/C} \]
\[ E = 1.12375 \times 10^4 \, \text{N/C} \]
Nəticə
Birinci yükdən 2 metr, ikinci yükdən isə 2 metr məsafədə yerləşən nöqtədəki elektrik sahəsi üfüqi oxda yerləşən (1.12375 10^4)-dür. Bu sahə müsbət yükdən (2 10^{-6}) uzaqlaşaraq mənfi yükə (-3 10^{-6}) doğru yönəlir.
Bağlanır
Nöqtəvi yükünə görə elektrik sahəsini anlamaq hər bir komponentin diqqətlə hesablanmasını tələb edir. Ümid edirik ki, bu nümunə məsələlər və həllər ilə elektrik sahələrini necə hesablamaq və anlamaq barədə daha aydın bir anlayış əldə edəcəksiniz. Bu səy sizə elektrik potensialı, elektrik işi və elektrik potensial enerjisi kimi qabaqcıl fizika anlayışlarını daha da araşdırmağa kömək edəcək.
Bu əsas anlayışları daha dərindən anlamağınız, müxtəlif texnologiyalarda və təbiət hadisələrində daha mürəkkəb problemləri və real həyatda tətbiqləri həll edərkən əvəzsiz olacaq. Ümid edirik ki, bu məqalə faydalı olacaq və fizikada, xüsusən də elektrik sahələri ilə bağlı daha çox araşdırma aparmaq üçün istinad kimi xidmət edə bilər.
