Paralel lövhələrdə elektrik sahəsi
Elektrik sahəsi fizikada elektrik yüklü cisimlər arasındakı qarşılıqlı təsiri göstərən fundamental bir anlayışdır. Bir çox praktik tətbiqlərdə, xüsusən də mühəndislik və elektronikada, tez-tez yüklü paralel lövhələr tərəfindən elektrik sahəsinin yaradıldığı vəziyyətlərlə qarşılaşırıq. Bu paralel lövhələr kondensatorlardan və tibbi cihazlardan tutmuş müxtəlif elektron cihazlara qədər geniş tətbiq sahələrinə malikdir. Bu məqalədə paralel lövhələrdəki elektrik sahəsi əsas anlayışdan praktik tətbiqlərinə qədər ətraflı müzakirə olunacaq.
Elektrik Sahəsinin Əsas Konsepsiyası
Ümumiyyətlə, elektrik sahəsi elektrik yükü ilə yaradılır və fəzada müəyyən bir nöqtəyə yerləşdirildikdə kiçik bir müsbət yükün yaşadığı qüvvə kimi təsvir edilə bilər. Bu kəmiyyət, Kulon başına Nyuton (N/C) və ya metr başına Volt (V/m) vahidlərinə malik elektrik sahəsi vektoru E ilə təsvir olunur.
Paralel lövhələrdəki elektrik sahəsini anlamaq üçün əvvəlcə iki nöqtəvi yük arasındakı qüvvənin yüklərin böyüklüyü ilə düz mütənasib və aralarındakı məsafənin kvadratı ilə tərs mütənasib olduğunu bildirən Kulon qanunundan başlayacağıq. Lakin, paralel lövhələr halında, nöqtəvi yüklərdən deyil, səthi yük paylanmalarından danışırıq.
Yüklənmiş Paralel Plitələr
Aralarında kiçik bir d məsafə olan bir-birinə qarşı yerləşdirilmiş iki paralel keçirici lövhəni nəzərdən keçirək. Bir lövhənin müsbət yükü +Q, digər lövhənin isə mənfi yükü -Q-dır. Bu vəziyyət tez-tez müxtəlif elektron dövrələrdə əsas element olan kondensatorların əmələ gəlməsi üçün istifadə olunur.
İki lövhə yükləndikdə, onlar arasında elektrik sahəsi yaranır. Plitələrin səthində yükün paylanması səbəbindən (plitələrin aralarındakı məsafəyə nisbətən çox böyük olduğunu fərz etsək), lövhələr arasındakı elektrik sahəsi kifayət qədər vahiddir və lövhələrin kənarından müəyyən bir məsafədə sabit hesab edilə bilər.
Paralel Plitələr Arasında Elektrik Sahəsi
İki paralel yüklü lövhə arasındakı elektrik sahəsi Qaus qanunundan istifadə etməklə müəyyən edilə bilər. Elektrik üçün Qaus qanunu qapalı səthdən keçən ümumi elektrik axınının həmin səthlə əhatə olunmuş ümumi yüklə düz mütənasib olduğunu bildirir.
Paralel lövhələr üçün, silindrin hər iki ucundakı lövhələrə və lövhələrə perpendikulyar oxlu silindrik Qaus səthi seçirik. Problemin simmetriyasına görə, elektrik sahəsi E lövhə səthlərinə perpendikulyar və lövhələr arasında sabitdir.
Qaus silindrinin səthindən keçən elektrik axınına yalnız silindrin lövhələr arasında yerləşən iki ucu təsir göstərir. Lövhələrin səth sahəsinin A olduğunu fərz etsək, aşağıdakıları əldə edirik:
\[ \Phi = E \cdot A – (-E \cdot A) = 2EA \]
Gauss qanununa görə:
\[ \Phi = \frac{Q_{\text{in}}}{\varepsilon_0} \]
Burada \(Q_{\text{charge}} \) lövhələrdəki ümumi yük, \(\varepsilon_0\) isə vakuum keçiriciliyidir. Bir lövhədəki yük \(+Q\) olduğundan,
\[ 2EA = \frac{Q}{\varepsilon_0} \]
Beləliklə, plitələr arasındakı elektrik sahəsi E aşağıdakı kimidir:
\[ E = \frac{Q}{2A \cdot \varepsilon_0} \]
Lakin, sahəyə mənfi yüklü bir lövhə qatqı verdiyindən, nəticədə yaranan ümumi elektrik sahəsi aşağıdakı kimi olur:
\[ E = \frac{Q}{A \cdot \varepsilon_0} \]
Bu, paralel plitələr arasındakı elektrik sahəsinin vahid olduğunu və yalnız yükün böyüklüyündən, plitələr sahəsindən və plitələr arasındakı mühitin keçiriciliyindən asılı olduğunu göstərir.
Paralel lövhələrdə elektrik sahəsinin tətbiqi
Kapasitor
Kondensatorlar yüklü paralel lövhələrin ən çox yayılmış tətbiq sahələrindən biridir. Kondensator dielektriklə ayrılmış iki paralel keçirici lövhədən ibarətdir. Kondensatorlar elektrik enerjisini lövhələr arasında yaranan elektrik sahəsində saxlaya bilər. Kondensatorun tutumu, C, lövhələr tərəfindən saxlanılan yük Q-nin lövhələr üzərindəki gərginliyə V nisbəti kimi müəyyən edilir:
\[ C = \frac{Q}{V} \]
Plitələr arasındakı elektrik sahəsi ilə:
\[ E = \frac{V}{d} \]
və tutuma dəyişdirmə:
\[ C = \varepsilon_0 \cdot \frac{A}{d} \]
Təzyiq Sensorları və Elektron Mikroskopları
Paralel lövhələr üzərindəki elektrik sahəsi, həmçinin kapasitiv təzyiq sensorlarında da istifadə olunur, burada təzyiqə görə lövhələr arasındakı məsafənin dəyişməsi tutum dəyişiklikləri ilə ölçülə bilər. Elektron mikroskopiyasında paralel lövhələr arasında vahid elektrik sahəsi elektronların axınını sürətləndirmək və istiqamətləndirmək üçün istifadə olunur.
Elektron Ekran
Maye Kristal Ekran (LCD) ekranları, maye kristal molekullarının istiqamətini tənzimləmək üçün paralel lövhələr arasındakı elektrik sahəsindən istifadə edir və bununla da işığın keçidini idarə edir və ekran görüntüsü yaradır.
Nəticə
İki paralel lövhə arasındakı homogen elektrik sahəsi geniş texnoloji tətbiqlərdə çoxsaylı üstünlüklər təklif edir. Həm akademik, həm də praktiki şəraitdə paralel lövhələrdəki elektrik sahəsini anlamaq kondensatorlar, sensorlar və digər müxtəlif elektron cihazlar haqqında anlayışımızın əsasını təşkil edir. Fiziki dizayn və fiziki prinsiplər vasitəsilə idarə olunan yük axını bu sistemləri klassik dövrlərdən müasir dövrlərə qədər texnoloji innovasiyanın əsas elementinə çevirir.
Paralel lövhələrdə elektrik sahələrinin xüsusiyyətlərini və hesablamalarını dərindən araşdırmaqla, biz yalnız elektrik və maqnetizmin nəzəri əsaslarını gücləndirmirik, həm də qlobal texnoloji inkişaflarla ayaqlaşan innovativ tətbiqlərə qapı açırıq.
