Электр өрісі туралы мақала
Электр заряды тақырыбында ұқсас зарядтардың бір-бірін тебетіні, ал қарама-қарсы зарядтардың бір-бірін тартатыны анықталды. Егер оң зарядталған зат теріс зарядталған затқа жақындаса, екі зат бір-біріне қарай жылжитындай етіп тартылады. Керісінше, егер оң зарядталған зат оң зарядталған затқа жақындаса, онда екі зат бір-бірін тебеді де, бір-бірінен алыстайды. Кулон заңы тақырыбында зерттелгендей, электр зарядталған заттар басқа электр зарядталған заттарды үдетуі мүмкін, себебі бұл электр зарядталған заттар арасында электр күші әрекет етеді. Электр зарядталған заттың басқа электр зарядталған заттарға әсер ететін электр күші жанасусыз әрекет ете алатын күштің бір мысалы болып табылады. Қашықтықта әрекет ете алатын күштің тағы бір мысалы - ауырлық күші . Гравитациялық күш массалық заттың басқа массалық заттарға әсер етуімен сипатталады.
Үйкеліс күші , итеру күші, қалыпты күш - бұл күштер жанасу пайда болған кезде жұмыс істейтіндіктен түсінуге оңай күштердің мысалдары. Керісінше, электр күші - түсінуге қиын күштің мысалы, себебі бұл күш белгілі бір қашықтықтан жанасусыз жұмыс істей алады. Белгілі бір қашықтықтан әрекет ете алатын электр күшін түсіну үшін электр өрісі ұғымы пайда болады. Электр өрісі ұғымын британдық ғалым Майкл Фарадей (1791-1867) жасаған.
Электр өрісінің анықтамасы (E)
Айталық, әйнек бастапқыда электрлік бейтарап болды. Шүберекпен сүртілгеннен кейін, шыны таяқша электрлік зарядқа ие болады. Шыны таяқша электрлік зарядқа ие болған кезде, сол уақытта әйнектің айналасында электр өрісі пайда болады. Егер әйнек бейтарапқа айналса, сол уақытта электр өрісі жоғалады. Демек, E-нің бар болуын электр зарядының болуынан бөлу мүмкін емес. E ауа сияқты зат емес және электромагниттік толқындар сияқты толқын түрі емес. E - электр зарядынан туындайтын нәрсе және электр зарядының айналасындағы кеңістікке әсер етеді, мұнда басқа электр зарядтары тек E әсерін сезінеді.
Бөлмеде E бар-жоғын тексеру үшін, сол кеңістікте сынақ заряды бар деп есептеледі. Сынақ заряды минималды заряд (Q) болып табылады , сондықтан заряд өте кішкентай электр өрісін тудырады, сондықтан оны елемеуге болады. Дегенмен, сынақ заряды басқа электр зарядтары тудыратын электр өрісінің әсерін сезінуі мүмкін. Сынақ заряды тек E бар-жоғын зерттеу үшін ғана ұсынылады. Егер кеңістікте E болса,
сынақ заряды электр күшін сезінуі керек, ал егер E болмаса, сынақ заряды электр күшін сезінбейді.
Бүйір жағындағы фигураға қараңыз.
1-суретте +q 1 заряды және +q 2 заряды қоршаған кеңістікте E тудырады. Сынақ заряды +q o кеңістіктегі нүктеге орналастырылғанда, сынақ заряды +q o электр күшін сезінеді. F 1 - +q 1 зарядының сынақ зарядына +q o әсер ететін электр күші , ал F 2 - +q 2 зарядының сынақ зарядына +q o әсер ететін электр күші . 2-суретте сынақ заряды алынып тасталғанда, E қалады және сол нүктеден жоғалып кетпейді. E 1 - +q 1 электр заряды тудыратын электр өрісі , ал E 2 - +q 2 электр заряды тудыратын E.
Электр өрісінің шамасы
E – векторлық шама, мұндағы электр өрісінің шамасы мен бағыты бар. E шамасы әдетте E күші деп аталады. E нүктесіндегі күші сол нүктеде орналасқан оң сынақ зарядына электр зарядының әсер ететін электр күшін сынақ зарядының шамасына бөлу арқылы анықталады.
E = электр өрісінің кернеулігі
F = электр күші
q = сынақ заряды
Электр күшінің бірлігі - Ньютон, ал электр зарядының бірлігі - Кулон, сондықтан E бірлігі - Ньютон / Кулон, қысқартылған түрде N/C.
Электр өрісінің бағыты
1a-суретте оң электр заряды (+Q) оң сынақ зарядына (+q) электр күшін әсер етеді, мұндағы электр күшінің бағыты (F) +Q зарядынан алыс.
1b-суретте сынақ заряды алынып тасталған кезде, осы нүктеде бағыты Q электр зарядынан алшақ орналасқан электр өрісі (E) пайда болады.
2a-суретте теріс электр заряды (-Q) оң сынақ зарядында (+q) электр күшін әсер етеді, мұнда электр күшінің бағыты (F) -Q зарядына жақындайды.
2b-суретте сынақ заряды алынып тасталған кезде, осы нүктеде бағыты -Q электр зарядына жақын электр өрісі (E) пайда болады.
Жоғарыдағы сурет пен түсіндірмеге сүйене отырып, электр өрісінің бағыты оң электр зарядынан алшақтап, теріс электр зарядына жақындайды деген қорытынды жасауға болады.
Электр өрісінің сызықтары
E электр зарядымен пайда болады және электр зарядының айналасындағы кеңістікке әсер етеді, мұнда E әсері тек басқа электр зарядтарымен сезіледі. Электр зарядымен пайда болған E-де басқа электр заряды болған кезде, басқа электр заряды электр күшінің әсерін сезеді.
Жоғарыдағы электр өрісін түсіну, E туралы мақалада сипатталғандай, ақылмен жүзеге асырылуы мүмкін, бірақ оны тек ақылмен елестету мүмкін. E-ны елестету үшін электр өрісінің күш сызықтары ұсынылады. Электр өрісінің күш сызықтары - электр өрісінің бар екенін көрсету үшін электр зарядының айналасына салынған сызықтар жиынтығы. Ол E-ның бар екенін көрсетуге бағытталғандықтан, бұл сызықтар арасында E-мен байланыс бар. Басқаша айтқанда, E-ның шамасы мен бағытын электр өрісінің күш сызықтарын салу арқылы түсіндіруге болады.
Электр өрісінің бағыты мен кернеулігінің электр өрісінің сызықтарымен байланысы келесідей:
Біріншіден, E бағыты оң зарядтан алыстап, теріс зарядқа жақындайды. Осылайша, электр өрісінің күш сызықтарының бағыты да оң зарядтан алыстап, теріс зарядқа жақындайды.
Егер оң заряд теріс зарядқа жақын болса, электр өрісінің күш сызықтары оң зарядтан теріс зарядқа қарай тартылады. Керісінше, егер оң заряд оң зарядқа жақын болса, электр өрісінің күш сызықтары әрбір оң зарядтан шығып, бір-бірінен алшақтайды.
Екіншіден, электр өрісінің кернеулігі электр өрісінің күш сызықтары арасындағы қашықтықпен көрсетіледі. Электр өрісінің күш сызықтары арасындағы қашықтық неғұрлым жақын болса, электр өрісінің күші соғұрлым жоғары болады және электр өрісінің күш сызықтары арасындағы қашықтық неғұрлым алыс болса, электр өрісінің кернеулігі соғұрлым аз болады.
Неліктен сызықтар арасындағы қашықтық неғұрлым жақын болса, электр өрісінің кернеулігі соғұрлым жоғары болады? Мұны түсіну үшін келесі түсініктемеге назар аударыңыз. Сфераның ортасында оң заряд бар және электр өрісінің күш сызықтары сфера беті арқылы әртүрлі бағытта таралған делік. Егер электр өрісінің күш сызықтарының саны N болса және сфера бетінің ауданы 4πr2 болса , онда бірлік ауданға немесе сызық тығыздығына келетін сызықтар саны N / 4πr2 болады . Осы формулаға сүйене отырып, сол N үшін, егер r кішірейсе, сызықтар арасындағы қашықтық жақындайды, ал егер r маңыздырақ болса, сызықтар арасындағы қашықтық алыстайды.
Электр өрісі кернеулігінің E = kq / r 2 формуласы электр өрісі кернеулігінің қашықтықтың квадратына кері пропорционал екенін көрсетеді. Егер r кішірек болса, онда электр өрісі кернеулігі айқынырақ болады, ал егер r айқынырақ болса, онда электр өрісі кернеулігі азаяды.
Жоғарыда келтірілген шолуға сүйене отырып, егер r кішірейсе (зарядқа жақындаса), электр өрісінің кернеулігі артады және сызықтар арасындағы қашықтық та жақындайды деген қорытынды жасауға болады. Керісінше, егер r айқынырақ болса (зарядтан алыстаған сайын), электр өрісінің кернеулігі азаяды және сызықтар арасындағы қашықтық та алыстайды.
Үшіншіден, E сызықтарының саны электр өрісінің кернеулігіне пропорционалды. Электр өрісінің сызықтары неғұрлым көп болса, электр өрісінің кернеулігі соғұрлым жоғары болады. Электр өрісінің сызықтары неғұрлым аз болса, электр өрісінің кернеулігі соғұрлым аз болады.
