Ստատիկ էլեկտրականությունը կարևոր թեմա է 12-րդ դասարանի ֆիզիկայում: Այն վերաբերում է հանգստի կամ շարժման մեջ գտնվող էլեկտրական լիցքերի հետ կապված երևույթներին: Հիմնական հասկացությունների, Կուլոնի օրենքի և էլեկտրական դաշտերի ըմբռնումը կարևոր է ստատիկ էլեկտրականության հետ կապված տարբեր խնդիրներ լուծելու համար: Այս հոդվածում մենք կքննարկենք 12-րդ դասարանի քննություններում հաճախ հանդիպող ստատիկ էլեկտրականության խնդիրների մի քանի օրինակներ՝ դրանց լուծումների հետ միասին:
Ստատիկ էլեկտրականության հիմնական հասկացությունները
Ստատիկ էլեկտրականությունը առաջանում է առարկայի մակերեսին էլեկտրական լիցքերի անհավասարակշռությունից։ Այս լիցքը կարող է փոխանցվել մեկ առարկայից մյուսը շփման, հաղորդականության և ինդուկցիայի նման գործընթացների միջոցով։
– Կուլոնի օրենքը. Այս օրենքը բացատրում է երկու կետային էլեկտրական լիցքերի միջև ձգողության կամ վանողական ուժը։ Կուլոնի օրենքի բանաձևը հետևյալն է.
\[
F = k \frac{{|q_1 q_2|}}{{r^2}}
\]
Որտեղ՝
– \( F \)-ն լիցքերի միջև եղած ուժն է (Նյուտոն)։
– (k)-ն Կուլոնի հաստատունն է ((8.99 x 10^9, N m^2/C^2))։
– \(q_1 \)-ը և \(q_2 \)-ը լիցքերի մեծություններն են (կուլոններով):
– \(r \)-ն երկու լիցքերի միջև հեռավորությունն է (մետրերով)։
– Էլեկտրական դաշտ. Էլեկտրական դաշտը էլեկտրական լիցքի շուրջը գտնվող տարածությունն է, որտեղ էլեկտրական ուժը կարող է զգացվել այլ լիցքերի կողմից: Լիցքից (Q) որոշակի հեռավորության վրա գտնվող էլեկտրական դաշտը՝ E, կազմում է.
\[
E = k \frac{Q}{r^2}
\]
Հարցերի և քննարկման նմուշներ
Օրինակ՝ հարց 1. Կուլոնի ուժ
Հարց՝
Երկու էլեկտրական լիցքեր՝ ⅓ (2 x 10^{-6}, C) և ⅓ (-3 x 10^{-6}, C) չափերով, գտնվում են միմյանցից 0,1 մետր հեռավորության վրա։ Հաշվարկեք երկու լիցքերի միջև գործող Կուլոնի ուժը։
Լուծում.
Օգտագործեք Քուլոնի օրենքի բանաձևը.
\[
F = k \frac{{|q_1 q_2|}}{{r^2}}
\]
Փոխարինեք հայտնի արժեքները՝
\[
F = 8.99 x 10^9, N մ^2/C^2 x frac{(2 x 10^{-6}, C)(3 x 10^{-6}, C)}}{(0,1 x, մ)^2}
\]
\[
F = 8.99 x 10^9 x frac{6 x 10^{-12}}{0,01}
\]
\[
F = 8.99 x 10^9 x 6 x 10^{-10}
\]
\[
F = 53,94 անգամ 10^{-1}, \text{N}
\]
\[
F = 5,394 \, \text{N}
\]
Այսպիսով, երկու լիցքերի միջև գործող Կուլոնի ուժը 5,394 Ն է։
Օրինակ հարց 2. Կետային լիցքի էլեկտրական դաշտ
Հարց՝
Հաշվարկեք էլեկտրական դաշտը \(4 x 10^{-6} \, \text{C} \) լիցքից 0,05 մետր հեռավորության վրա։
Լուծում.
Օգտագործեք էլեկտրական դաշտի բանաձևը.
\[
E = k \frac{Q}{r^2}
\]
Փոխարինեք հայտնի արժեքները՝
\[
E = 8.99 անգամ 10^9, N մ^2/C^2 անգամ frac{4 անգամ 10^{-6}, C(0,05, մ)^2}
\]
\[
E = 8.99 x 10^9 x frac{4 x 10^{-6}}{0,0025}
\]
\[
E = 8.99 x 10^9 x 1,6 x 10^{-3}
\]
\[
E = 14,384 \times 10^6 \, \text{N/C}
\]
\[
E = 1,4384 \times 10^7 \, \text{N/C}
\]
Այսպիսով, լիցքից 0,05 մետր հեռավորության վրա գտնվող էլեկտրական դաշտը հավասար է \(1,4384 \x10^7 \, \text{N/C} \)։
Օրինակ՝ հարց 3. Էլեկտրական պոտենցիալ
Հարց՝
Որոշակի կետում տեղադրված է \(5 x 10^{-6} \, \text{C} \) լիցք։ Հաշվարկեք էլեկտրական պոտենցիալը լիցքից 0,2 մետր հեռավորության վրա։
Լուծում.
Օգտագործեք էլեկտրական պոտենցիալի բանաձևը՝
\[
V = k \frac{Q}{r}
\]
Փոխարինեք հայտնի արժեքները՝
\[
V = 8.99 x 10^9, N m^2/C^2 x frac{5 x 10^{-6}, C0,2 x, մ
\]
\[
V = 8.99 x 10^9 x 25 x 10^{-6}
\]
\[
V = 224,75 \times 10^3 \, \text{V}
\]
\[
V = 2,2475 \times 10^5 \, \text{V}
\]
Այսպիսով, լիցքից 0,2 մետր հեռավորության վրա էլեկտրական պոտենցիալը հավասար է \(2,2475 \x10^5 \, \text{V} \)։
Օրինակ՝ հարց 4. Էլեկտրական պոտենցիալ էներգիա
Հարց՝
Երկու լիցքեր՝ \(3 x 10^{-6} \, \text{C} \) և \(-2 x 10^{-6} \, \text{C} \), գտնվում են միմյանցից 0,1 մետր հեռավորության վրա։ Հաշվարկեք համակարգի էլեկտրական պոտենցիալ էներգիան։
Լուծում.
Կիրառեք էլեկտրական պոտենցիալ էներգիայի բանաձևը՝
\[
U = k \frac{q_1 q_2}{r}
\]
Փոխարինեք հայտնի արժեքները՝
\[
U = 8.99 x 10^9, N մ^2/C^2 x frac{(3 x 10^{-6}, C)(-2 x 10^{-6}, C)}{0,1 x մ
\]
\[
U = 8.99 x 10^9 x frac{-6 x 10^{-12}}{0,1}
\]
\[
U = -5,394 \times 10^{-1} \, \text{J}
\]
\[
U = -0,5394 \, \text{J}
\]
Այսպիսով, համակարգի էլեկտրական պոտենցիալ էներգիան -0,5394 Ջ է։
Եզրակացություն
Ստատիկ էլեկտրականության հասկացումը և այնպիսի հիմնարար հասկացությունների կիրառումը, ինչպիսիք են Կուլոնի օրենքը, էլեկտրական դաշտերը, էլեկտրական պոտենցիալը և էլեկտրական պոտենցիալ էներգիան, կարևորագույն նշանակություն ունեն 12-րդ դասարանի ֆիզիկայում: Վերը նշված օրինակելի խնդիրները ուսումնասիրելով՝ աշակերտներից ակնկալվում է, որ ավելի լավ կհասկանան այս հասկացությունները և կկարողանան կիրառել դրանք տարբեր իրավիճակներում: Այս խնդիրները նաև օգնում են աշակերտներին պատրաստվել ապագայում ավելի բարդ քննություններին և մարտահրավերներին:
Ստատիկ էլեկտրականության տարբեր տեսակի խնդիրների կիրառումը կամրապնդի ձեր հայեցակարգային ըմբռնումը և կբարելավի խնդիրներ լուծելու հմտությունները: Միշտ համոզվեք, որ հասկանում եք տեսական հիմքերը, նախքան խնդիրների վրա աշխատելը, քանի որ ամուր ըմբռնումը կօգնի ձեզ ավելի արդյունավետ և ճշգրիտ լուծել խնդիրները:
