רשתות גורוםודה
תנע זוויתי כמות התנועה הסיבובית, הזהה למסה (m) בתנועה ליניארית, היא מומנט האינרציה (I). כמות התנועה הסיבובית, הזהה למהירות (v) בתנועה ליניארית, היא המהירות הזוויתית (ω). לכן, לעצם המסתובב יש תנע זוויתי שיכול ... קרא עוד
סקירת חלקיק מסתובב. לחלקיק בעל מסה m ניתן הכוח F כך שהוא מסתובב סביב ציר O. החלקיק נמצא במרחק r מציר הסיבוב. ראשית, החלקיק נמצא במנוחה (v = 0). לאחר התנועה בכוח F, החלקיקים נעים במהירות מסוימת כך שלחלקיקים תהיה תאוצה משיקית. הקשר בין הכוח (F), המסה (m) והתאוצה המשיקית של החלקיקים מבוטא במשוואה 3:
במוליך כמו נחושת, ישנם אלקטרונים הנעים באופן אקראי במהירות גבוהה בחופשיות אך אינם בורחים מהמתכת. אלקטרונים שיכולים לנוע בחופשיות נקראים אלקטרונים חופשיים. למרות שהאלקטרונים נעים בחופשיות לכל הכיוונים, אין זרימה כוללת של אלקטרונים בכיוון מסוים. מצב זה מתרחש כאשר אין הפרש פוטנציאלים בין שני קצוות חוט הנחושת.
כאשר החוט מחובר למקור חשמלי, נוצר הפרש פוטנציאלים בין שני קצוות חוט הנחושת, כך שנוצר שדה חשמלי בתוך חוט הנחושת. קיומו של שדה חשמלי גורם לאלקטרונים חופשיים לחוות את הכוח החשמלי F = q E = e E, כאשר F = כוח חשמלי , e = מטען האלקטרונים, E = שדה חשמלי . כוח חשמלי זה גורם לכל האלקטרונים הנעים בחופשיות להאיץ יחד, וזהו כיוון הכוח החשמלי.
1. כדור נזרק מראש בניין במהירות התחלתית של 8 מטר/שנייה בזווית של 20 מעלות מתחת לקו האופקי. הכדור פוגע בקרקע 3 שניות לאחר מכן.
א) כמה רחוק מתחתית הבניין הכדור נוגע בקרקע
ב) לאיזה גובה נזרק הכדור מהמקום
ג) כמה זמן הכדור מגיע לגובה של 10 מטר ממקום הזריקה?
ההגדרה של קבל היא התקן המאחסן מטען חשמלי ואנרגיה פוטנציאלית חשמלית. קבל פשוט מורכב משני לוחות או יריעות מוליכים הממוקמים קרוב זה לזה אך אינם נוגעים זה בזה ומופרדים על ידי מבודד או ואקום. מוליכים הם חומרים שיכולים להוליך זרם חשמלי כמו מתכות, בעוד שמבודדים הם חומרים שאינם יכולים להוליך זרם חשמלי כמו פלסטיק.
בהתחלה, שני המוליכים אינם טעונים חשמלית או ניטרליים חשמלית. כדי שמוליך אחד יהיה טעון חיובי והמוליך השני יהיה טעון שלילי, חייבת להיות מעבר של אלקטרונים למוליך אחד לאחר. האלקטרונים נמצאים על פני האטום, ולכן קל להזיז אותם. לאחר שהאלקטרונים עברו ממוליך אחד לאחר, לאחד המוליכים יש עודף אלקטרונים (חוסר בפרוטונים).
כך שהוא הופך לטעון שלילי, בעוד שלמוליך השני יש מחסור באלקטרונים (עודף פרוטון) כך שהוא הופך לטעון חיובי. תיאור מפורט של תהליך טעינת מטענים חשמליים על קבלים נסקר בנושא אגירת אנרגיה חשמלית בקבלים.
פוטנציאל חשמלי מוגדר כאנרגיה פוטנציאלית חשמלית ליחידת מטען. נניח שכאשר הוא נמצא בנקודה a, למטען q יש אנרגיה פוטנציאלית חשמלית השווה ל- EP a , אז הפוטנציאל החשמלי בנקודה a מנוסח באופן הבא:
V = פוטנציאל חשמלי, EP = אנרגיה פוטנציאלית חשמלית, q = מטען חשמלי
V אינו נמצא רק בנקודה a אלא גם בכל הנקודות בשדה החשמלי. נקודה a משמשת כדוגמה. כפי שיוסבר בהמשך, V אינו תלוי במטען q.
לפני לימוד נושא זה, ראשית, יש להבין את העבודה, את הכוחות המשמרים, את הקשר בין הכוחות המשמרים לאנרגיה פוטנציאלית , את הכוחות החשמליים ואת השדה החשמלי.
בנוסף לכוח הכבידה ולכוח הקפיץ, דוגמה נוספת לכוח משמר היא הכוח החשמלי. כדי להבין טוב יותר מדוע הכוח החשמלי נקרא כוח משמר, יש להבין את ההסבר הבא.
שדה חשמלי על ידי מטען נקודתי יחיד
כדי לחשב את השדה החשמלי המופק על ידי מטען חיובי יחיד, הצעד הראשון הוא לבחור משטח גאוס כדורי עם רדיוס r כאשר מרכז הכדור נמצא במטען היחיד. שטח הפנים של הכדור הוא 4πr2.
השדה החשמלי היוצא ממרכז הכדור חודר בניצב לפני השטח של הכדור כך שנוסחת השטף החשמלי היא Φ = E A. נוסחת חוק גאוס היא Φ = Q/ε o
בנוגע לחוק קולומב , נחקר הכוח בין מטענים חשמליים. בסקירה של השדה החשמלי, נדונה צורה נוספת של חוק קולומב, המתבטאת במשוואה F = q E,
כאשר F הוא הכוח החשמלי, q הוא המטען החשמלי ו-E הוא השדה החשמלי. ניתן לומר שחוק קולומב הוא חוק פיזיקלי המסביר את הקשר בין המטען החשמלי (q) לשדה החשמלי (E).
חוק גאוס הוא חוק פיזיקלי נוסף המסביר את הקשר בין מטענים חשמליים לשדות חשמליים. חוק גאוס נוסח על ידי קרל פרידריך גאוס (1777-1855), פיזיקאי תיאורטי ומתמטיקאי גרמני.
בנוגע לשדה חשמלי, נדונה ההגדרה והמשוואה של שדה חשמלי , אשר ניתן להשתמש בהן לחישוב עוצמת השדה החשמלי המופקת על ידי מטען חשמלי, מספר מטענים חשמליים או על ידי התפלגות מטען חשמלי. חישוב עוצמת השדה החשמלי המופקת על ידי מטען חשמלי אחד או שני מטענים חשמליים נפתר בקלות באמצעות נוסחת עוצמת השדה החשמלי. אם מה שמחושב הוא עוצמת השדה החשמלי שנוצרת על ידי התפלגות מטען חשמלי, החישוב מסובך יותר אם משתמשים בנוסחה לעוצמת השדה החשמלי, אך קל יותר להשתמש בחוק גאוס . לפני שלומדים את חוק גאוס לעומק, יש להבין תחילה את המושג שטף חשמלי בגלל מושג השטף החשמלי המשמש בחוק גאוס.