Цахилгаан талбайн тухай нийтлэл
Цахилгаан цэнэгийн сэдвээр ижил төстэй цэнэгүүд бие биенээ түлхдэг бол ялгаатай цэнэгүүд бие биенээ татдаг болохыг мэдэж авсан. Хэрэв эерэг цэнэгтэй объектыг сөрөг цэнэгтэй объектод ойртуулбал хоёр объект бие бие рүүгээ татагдах тул бие бие рүүгээ хөдөлнө. Үүний эсрэгээр, хэрэв эерэг цэнэгтэй объектыг эерэг цэнэгтэй объектод ойртуулбал хоёр объект бие биенээ түлхэж бие биенээсээ холдоно. Кулоны хуулийн сэдвээр судалснаар цахилгаан цэнэгтэй объектууд бусад цахилгаан цэнэгтэй объектуудыг хурдасгаж чаддаг, учир нь эдгээр цахилгаан цэнэгтэй объектуудын хооронд цахилгаан хүч үйлчилдэг. Цахилгаан цэнэгтэй объектоос бусад цахилгаан цэнэгтэй объектуудад үйлчлэх цахилгаан хүч нь холбоо барихгүйгээр үйлчилж чадах хүчний нэг жишээ юм. Нэг цэг дээр үйлчилж чадах хүчний өөр нэг жишээ... зайн байна таталцлын хүчТаталцлын хүч нь масстай биетээс бусад масстай биетүүдэд үйлчилдэг.
Үрэлтийн хүч, түлхэлтийн хүч, хэвийн хүч нь эдгээр хүч нь холбоо үүсэх үед ажилладаг тул ойлгоход хялбар хүчний жишээ юм. Харин ч цахилгаан хүч нь ойлгоход хэцүү хүчний жишээ юм, учир нь энэ хүч нь хүрэлцэхгүйгээр тодорхой зайнаас ажиллаж чаддаг. Тодорхой зайнаас үйлчилж чадах цахилгаан хүчийг ойлгохын тулд цахилгаан орны тухай ойлголт гарч ирдэг. Цахилгаан орны тухай ойлголтыг Британийн эрдэмтэн Майкл Фарадей (1791-1867) боловсруулсан.
Цахилгаан орны тодорхойлолт (E)
Шил анх цахилгаан саармаг байсан гэж бодъё. Даавуугаар үрсний дараа шилэн саваа цахилгаан цэнэгтэй болдог. Шилэн саваа цахилгаан цэнэгтэй болоход шилний эргэн тойронд цахилгаан орон үүсдэг. Хэрэв шил саармаг болвол цахилгаан орон мөн алга болдог. Тиймээс Е-ийн оршин тогтнолыг цахилгаан цэнэгийн оршин тогтнолоос салгаж болохгүй. Е нь агаар шиг бодис биш, цахилгаан соронзон долгион шиг долгионы төрөл биш юм. Е нь цахилгаан цэнэгийн улмаас үүссэн зүйл бөгөөд цахилгаан цэнэгийн эргэн тойрон дахь орон зайд нөлөөлдөг бөгөөд бусад цахилгаан цэнэгүүд зөвхөн Е-ийн нөлөөг мэдэрдэг.
Өрөөнд E байгаа эсэхийг шалгахын тулд тухайн орон зайд туршилтын цэнэг байгаа гэж үзнэ. Туршилтын цэнэг нь хамгийн бага цэнэг юм. (А) ингэснээр цэнэг нь маш жижиг цахилгаан орон үүсгэдэг тул үүнийг үл тоомсорлож болно. Гэсэн хэдий ч туршилтын цэнэг нь бусад цахилгаан цэнэгийн үүсгэсэн цахилгаан орны нөлөөг мэдэрч болно. Туршилтын цэнэг нь зөвхөн E байгаа эсэхийг шалгах зорилгоор үзүүлэв. Хэрэв орон зайд E байгаа бол,
Туршилтын цэнэг нь цахилгаан хүчийг мэдрэх ёстой бол хэрэв E байхгүй бол туршилтын цэнэг нь цахилгаан хүчийг мэдрэхгүй.
Хажуу талын зургийг хараарай.
Зураг 1-т цэнэг +q байна.1 ба цэнэг +q2 хүрээлэн буй орон зайд E үүсгэнэ. Туршилтын цэнэг +q үедo орон зайн цэг дээр байрлуулсан бол туршилтын цэнэг +qo цахилгаан хүчийг мэдэрдэг. F1 нь цэнэгээр үйлчилдэг цахилгаан хүч +q1 туршилтын цэнэг +q дээрo, болон Ф2 нь цэнэгийн үйлчлэх цахилгаан хүч +q юм.2 туршилтын цэнэг +q дээрoЗураг 2-т туршилтын цэнэг салгагдахад E хэвээрээ байх бөгөөд тэр цэгээс алга болохгүй. E1 нь цахилгаан цэнэгийн +q-ээр үүсгэгдсэн цахилгаан орон юм1, болон Е2 нь цахилгаан цэнэгээр үүсгэгдсэн E +q юм2.
Цахилгаан талбайн хэмжээ
E нь вектор хэмжигдэхүүн бөгөөд цахилгаан орон нь хэмжээ ба чиглэлтэй байдаг. E-ийн хэмжээг ихэвчлэн E хүч гэж нэрлэдэг. Тухайн цэг дэх E-ийн хүчийг тухайн цэг дээр байрлуулсан эерэг туршилтын цэнэг дээр цахилгаан цэнэг үйлчлэх хүчийг туршилтын цэнэгийн хэмжээнд хуваасантай тэнцүү гэж тодорхойлдог.
E = цахилгаан орны хүч чадал
F = цахилгаан хүч
q = туршилтын цэнэг
Цахилгаан хүчний нэгж нь Ньютон, цахилгаан цэнэгийн нэгж нь Кулон тул E-ийн нэгж нь Ньютон / Кулон бөгөөд товчилсон N/C юм.
Цахилгаан талбайн чиглэл
Зураг 1a-д эерэг цахилгаан цэнэг (+Q) нь эерэг туршилтын цэнэг (+q) дээр цахилгаан хүч үйлчилдэг бөгөөд цахилгаан хүчний чиглэл (F) нь +Q-ийн цэнэгээс хол байна.
Зураг 1b-д туршилтын цэнэгийг салгахад энэ цэг дээр Q цахилгаан цэнэгээс чиглэл нь хол байгаа цахилгаан орон (E) үүснэ.
Зураг 2a-д сөрөг цахилгаан цэнэг (-Q) нь эерэг туршилтын цэнэг (+q)-д цахилгаан хүчийг үйлчилдэг бөгөөд цахилгаан хүчний чиглэл (F) нь -Q цэнэгт ойртдог.
Зураг 2b-д туршилтын цэнэгийг салгахад энэ цэг дээр Q цахилгаан цэнэгтэй ойролцоо чиглэлтэй цахилгаан орон (E) үүснэ.
Дээрх зураг болон тайлбар дээр үндэслэн цахилгаан орны чиглэл нь эерэг цахилгаан цэнэгээс холдож, сөрөг цахилгаан цэнэгт ойртож байна гэж дүгнэж болно.
Цахилгаан талбайн шугамууд
E нь дараах байдлаар үүсгэгддэг цахилгаан цэнэг мөн цахилгаан цэнэгийн эргэн тойрон дахь орон зайд нөлөөлдөг, энд E-ийн нөлөөг зөвхөн бусад цахилгаан цэнэгүүд мэдэрдэг. Цахилгаан цэнэгээр үүсгэгдсэн E-д өөр нэг цахилгаан цэнэг байх үед өөр нэг цахилгаан цэнэг нь цахилгаан хүчний нөлөөг мэдэрдэг.
Дээрх цахилгаан орныг ойлгохыг E-ийн тухай нийтлэлд дурдсанчлан оюун ухаанаар хэрэгжүүлж болох боловч зөвхөн оюун ухаанаар төсөөлж болно. E-г төсөөлөхийн тулд цахилгаан орны шугамуудыг үзүүлэв. Цахилгаан орны шугамууд нь цахилгаан орны оршин тогтнолыг харуулахын тулд цахилгаан цэнэгийн эргэн тойронд зурсан шугамуудын багц юм. Энэ нь E-ийн оршин тогтнолыг харуулах зорилготой тул эдгээр шугамуудын хооронд E-тэй холбоо байдаг. Өөрөөр хэлбэл, E-ийн хэмжээ ба чиглэлийг цахилгаан орны шугам зурах замаар тайлбарлаж болно.
Цахилгаан орны шугамын чиглэл ба цахилгаан орны хүч чадлын хоорондын хамаарлыг дараах байдлаар харуулав.
Нэгдүгээрт, E-ийн чиглэл эерэг цэнэгээс холдож, сөрөг цэнэгт ойртдог. Тиймээс цахилгаан орны шугамын чиглэл мөн эерэг цэнэгээс холдож, сөрөг цэнэгт ойртдог.
Хэрэв эерэг цэнэг нь сөрөг цэнэгтэй зэргэлдээ орших бол цахилгаан орны шугамууд нь эерэг цэнэгээс сөрөг цэнэг рүү татагдана. Үүний эсрэгээр, хэрэв эерэг цэнэг нь эерэг цэнэгтэй зэргэлдээ орших бол цахилгаан орны шугамууд нь эерэг цэнэг бүрээс гарч, бие биенээсээ холдоно.
Хоёрдугаарт, цахилгаан орны хүчийг цахилгаан орны шугамуудын хоорондох зайгаар илэрхийлдэг. Цахилгаан орны шугамуудын хоорондох зай ойртох тусам цахилгаан орны хүч өндөр, цахилгаан орны шугамуудын хоорондох зай холдох тусам цахилгаан орны хүч бага байна.
Шугамын хоорондох зай ойртох тусам цахилгаан орны хүч чадал өндөр байдаг нь яагаад вэ? Үүнийг ойлгохын тулд дараах тайлбарыг авч үзье. Бөмбөрцгийн төвд эерэг цэнэг байгаа бөгөөд цахилгаан орны шугамууд нь бөмбөрцгийн гадаргуугаар янз бүрийн чиглэлд тархсан гэж үзье. Хэрэв цахилгаан орны шугамын тоо N бөгөөд бөмбөрцгийн гадаргуугийн талбай 4πr бол2, тэгвэл нэгж талбай эсвэл шугамын нягтрал дахь шугамын тоо N / 4πr байна2Энэ томъёонд үндэслэн, ижил N-ийн хувьд хэрэв r багасвал шугамуудын хоорондох зай ойртох ба хэрэв r илүү ач холбогдолтой бол шугамуудын хоорондох зай холдох болно.
Цахилгаан орны хүчлэгийн томъёо E = kq / r2 мөн цахилгаан орны хүч нь зайны квадраттай урвуу пропорциональ болохыг харуулж байна. Хэрэв r бага байвал цахилгаан орны хүч илүү тод харагдах бөгөөд хэрэв r илүү тод харагдах бол цахилгаан орны хүч бага болно.
Дээрх тойм дээр үндэслэн хэрэв r багасаж (цэнэгт ойртох тусам) цахилгаан орны хүчлэг нэмэгдэж, шугамуудын хоорондох зай мөн ойртож байна гэж дүгнэж болно. Үүний эсрэгээр, хэрэв r илүү тодрох тусам (цэнэгээс холдох тусам) цахилгаан орны хүчлэг багасаж, шугамуудын хоорондох зай мөн холдож байна.
Гуравдугаарт, E шугамын тоо нь цахилгаан орны хүчтэй пропорциональ байна. Цахилгаан орны шугам их байх тусам цахилгаан орны хүч чадал өндөр байна. Цахилгаан орны шугам цөөн байх тусам цахилгаан орны хүч чадал бага байна.
