Gurumuda-verkostot
Kulmamomentti Pyörimisliikkeen määrä, joka on lineaarisessa liikkeessä yhtä suuri kuin massa (m), on hitausmomentti (I). Pyörimisliikkeen määrä, joka on lineaarisessa liikkeessä yhtä suuri kuin nopeus (v), on kulmanopeus (ω). Siten pyörivällä kappaleella on kulmamomentti, joka voi… Lue lisää
Tarkastellaan pyörivää hiukkasta. Massaiselle m olevalle hiukkaselle annetaan voima F, jonka avulla hiukkanen pyörii akselin O ympäri. Hiukkanen on r:n etäisyydellä pyörimisakselista. Ensin hiukkanen on levossa (v = 0). Liikkumisen jälkeen F:n voiman vaikutuksesta hiukkaset liikkuvat tietyllä nopeudella siten, että hiukkasilla on tangentiaalinen kiihtyvyys. Voiman (F), massan (m) ja hiukkasten tangentiaalisen kiihtyvyyden välinen suhde ilmaistaan yhtälöllä 3:
Johteessa, kuten kuparissa, on elektroneja, jotka liikkuvat satunnaisesti suurella nopeudella vapaasti, mutta eivät karkaa metallista. Vapaasti liikkuvia elektroneja kutsutaan vapaiksi elektroneiksi. Vaikka elektronit liikkuvat vapaasti kaikkiin suuntiin, elektronit eivät virtaa kokonaan tiettyyn suuntaan. Tämä tilanne syntyy, kun kuparilangan kahden pään välillä ei ole potentiaalieroa.
Kun johto kytketään sähkölähteeseen, kuparijohdon päiden välille syntyy potentiaaliero, jolloin kuparijohdon sisään muodostuu sähkökenttä. Sähkökentän olemassaolo saa vapaat elektronit kokemaan sähkövoiman F = q E = e E, jossa F = sähkövoima , e = elektronin varaus, E = sähkökenttä . Tämä sähkövoima saa kaikki vapaasti liikkuvat elektronit kiihtymään yhdessä, mikä on samaan suuntaan kuin sähkövoima.
Kondensaattorin määritelmä on laite, joka varastoi sähkövarauksen ja sähköpotentiaalienergian. Yksinkertainen kondensaattori koostuu kahdesta johtimesta koostuvasta levystä tai arkista, jotka on sijoitettu lähelle toisiaan, mutta eivät kosketa toisiaan ja jotka on erotettu eristeellä tai tyhjiöllä. Johtimet ovat materiaaleja, jotka voivat johtaa sähkövirtaa, kuten metallit, kun taas eristeet ovat materiaaleja, jotka eivät voi johtaa sähkövirtaa, kuten muovi.
Aluksi johtimet eivät ole sähköisesti varautuneita eivätkä sähköisesti neutraaleja. Jotta toinen johdin olisi positiivisesti varautunut ja toinen negatiivisesti varautunut, elektronien on siirryttävä johtimesta toiseen. Elektronit ovat atomin pinnalla, joten niitä on helppo siirtää. Kun elektronit ovat siirtyneet johtimesta toiseen, toisessa johtimessa on elektronien ylimäärä (protonien puute).
niin että siitä tulee negatiivisesti varautunut, kun taas toisessa johtimessa on elektronivaje (ylimääräinen protoni), joten siitä tulee positiivisesti varautunut. Yksityiskohtainen kuvaus kondensaattoreiden sähkövarausten latautumisprosessista esitetään aiheessa sähköenergian varastointi kondensaattoreihin.
Sähköpotentiaali määritellään sähköpotentiaalienergiana varausyksikköä kohti. Oletetaan, että pisteessä a varauksen q sähköpotentiaalienergia on yhtä suuri kuin EP a , jolloin pisteen a sähköpotentiaali muotoillaan seuraavasti:
V = sähköpotentiaali, EP = sähköpotentiaalienergia, q = sähkövaraus
V ei ole vain pisteessä a, vaan myös kaikissa sähkökentän pisteissä . Pistettä a käytetään esimerkkinä. Kuten myöhemmin selitetään, V ei riipu varauksesta q.
Ennen kuin opiskelet tätä aihetta, ymmärrä ensin työ, konservatiiviset voimat, konservatiivisten voimien ja potentiaalienergian välinen suhde , sähkövoimat ja sähkökenttä.
Painovoiman ja jousivoiman lisäksi toinen esimerkki konservatiivisesta voimasta on sähkövoima. Ymmärtääksesi paremmin, miksi sähkövoimaa kutsutaan konservatiiviseksi voimaksi, tutustu seuraavaan selitykseen.
Yhden pisteen varauksen sähkökenttä
Yhden positiivisen varauksen tuottaman sähkökentän laskemiseksi ensimmäinen vaihe on valita pallomainen Gaussin pinta, jonka säde on r ja jossa pallon keskipiste on yhden varauksen kohdalla. Pallon pinta-ala on 4πr2.
Pallon keskipisteestä lähtevä sähkökenttä lävistää pallon pintaa kohtisuorassa siten, että sähkövuon kaava on Φ = E A. Gaussin lain kaava on Φ = Q/ε o
Coulombin lain osalta on tutkittu sähkövarausten välistä voimaa. Sähkökentän katsauksessa on käsitelty toista Coulombin lain muotoa, joka ilmaistaan yhtälöllä F = q E,
jossa F on sähkövoima, q on sähkövaraus ja E on sähkökenttä. Voidaan sanoa, että Coulombin laki on fysiikan laki, joka selittää sähkövarauksen (q) ja sähkökentän (E) välisen suhteen.
Gaussin laki on toinen fysiikan laki, joka selittää sähkövarausten ja sähkökenttien välisen suhteen. Gaussin lain muotoili Carl Friedrich Gauss (1777-1855), saksalainen teoreettinen fyysikko ja matemaatikko.
Sähkökentän osalta on käsitelty sähkökentän määritelmää ja yhtälöä , joita voidaan käyttää sähkövarauksen, useiden sähkövarausten tai sähkövarausjakauman tuottaman sähkökentän voimakkuuden laskemiseen. Yhden tai kahden sähkövarauksen tuottaman sähkökentän voimakkuuden laskeminen on helppo ratkaista sähkökentän voimakkuuden kaavalla. Jos lasketaan sähkövarausjakauman tuottama sähkökentän voimakkuus, laskeminen on monimutkaisempaa, jos käytetään sähkökentän voimakkuuden kaavaa, mutta Gaussin lain käyttö on helpompaa. Ennen kuin opiskelet Gaussin lakia perusteellisesti, on ensin ymmärrettävä sähkövuo Gaussin laissa käytetyn sähkövuon käsitteen vuoksi.
Sähkövarauksesta opittiin, että samanlaiset varaukset hylkivät toisiaan, kun taas erilaiset varaukset vetävät toisiaan puoleensa. Jos positiivisesti varautunut kappale tuodaan lähelle negatiivisesti varautunutta kappaletta, kappaleet vetävät toisiaan yhteen niin, että ne liikkuvat toisiaan kohti. Kääntäen, jos positiivisesti varautunut kappale tuodaan lähelle positiivisesti varautunutta kappaletta, kappaleet hylkivät toisiaan niin, että ne liikkuvat poispäin toisistaan. Coulombin lain perusteella sähköisesti varautuneet kappaleet voivat kiihdyttää muita sähköisesti varautuneita kappaleita, koska näiden sähköisesti varautuneiden kappaleiden välillä vaikuttaa sähköinen voima. Sähkövoima, jonka sähköisesti varautunut kappale kohdistaa muihin sähköisesti varautuneisiin kappaleisiin, on yksi esimerkki voimasta, joka voi toimia ilman kosketusta. Toinen esimerkki voimasta, joka voi vaikuttaa etäisyydellä, on painovoima . Painovoiman kohdistaa massakappale toisiin massakappaleisiin.