ස්ථිතික විදුලිය 12 වන ශ්රේණියේ භෞතික විද්යාවේ වැදගත් මාතෘකාවකි. එය නිශ්චලතාවයේ හෝ චලිතයේ විද්යුත් ආරෝපණ සම්බන්ධ සංසිද්ධි සමඟ කටයුතු කරයි. ස්ථිතික විදුලියට අදාළ විවිධ ගැටළු විසඳීම සඳහා මූලික සංකල්ප, කූලෝම්බ් නියමය සහ විද්යුත් ක්ෂේත්ර අවබෝධ කර ගැනීම අත්යවශ්ය වේ. මෙම ලිපියෙන්, 12 වන ශ්රේණියේ විභාගවල නිතර දක්නට ලැබෙන ස්ථිතික විදුලි ගැටළු සඳහා උදාහරණ කිහිපයක් සහ ඒවායේ විසඳුම් සමඟ අපි සාකච්ඡා කරමු.
ස්ථිතික විදුලිය පිළිබඳ මූලික සංකල්ප
ස්ථිතික විදුලිය ඇති වන්නේ වස්තුවක මතුපිට ඇති විද්යුත් ආරෝපණ අසමතුලිතතාවයක ප්රතිඵලයකිනි. මෙම ආරෝපණය ඝර්ෂණය, සන්නයනය සහ ප්රේරණය වැනි ක්රියාවලීන් හරහා එක් වස්තුවකින් තවත් වස්තුවකට මාරු කළ හැකිය.
– කූලෝම්බ් නියමය: මෙම නියමය ලක්ෂ්ය විද්යුත් ආරෝපණ දෙකක් අතර ආකර්ෂණ බලය හෝ විකර්ෂණ බලය පැහැදිලි කරයි. කූලෝම්බ් නියමය සඳහා සූත්රය:
\[
එෆ් = k \frac{{|q_1 q_2|}}{{r^2}}
\]
මා:
– \( F \) යනු ආරෝපණ (නිව්ටන්) අතර බලයයි.
– \( k \) යනු කූලෝම් නියතය (\( 8.99 \times 10^9 \, \text{N m}^2/\text{C}^2 \)) වේ.
– \( q_1 \) සහ \( q_2 \) යනු ආරෝපණවල (කූලොම්බ්) විශාලත්වයන් වේ.
– \( r \) යනු ආරෝපණ දෙක අතර දුර (මීටර) වේ.
– විද්යුත් ක්ෂේත්රය: විද්යුත් ක්ෂේත්රයක් යනු විද්යුත් ආරෝපණයක් වටා ඇති අවකාශය වන අතර එහි විද්යුත් බලයක් අනෙකුත් ආරෝපණ මගින් දැනිය හැකිය. ආරෝපණයකින් \( Q \) දුරින් \( R \) ඇති විද්යුත් ක්ෂේත්රය \( E \) වන්නේ:
\[
E = k \frac{Q}{r^2}
\]
නියැදි ප්රශ්න සහ සාකච්ඡා
උදාහරණ ප්රශ්නය 1: කූලෝම් බලකාය
ප්රශ්නය:
\( 2 \times 10^{-6} \, \text{C} \) සහ \( -3 \times 10^{-6} \, \text{C} \) යන විද්යුත් ආරෝපණ දෙකක් මීටර් 0,1 ක දුරකින් පිහිටා ඇත. ආරෝපණ දෙක අතර කූලෝම් බලය ගණනය කරන්න.
විසඳුමක්:
කූලෝම්බ්ගේ නීති සූත්රය භාවිතා කරන්න:
\[
එෆ් = k \frac{{|q_1 q_2|}}{{r^2}}
\]
දන්නා අගයන් ආදේශ කරන්න:
\[
F = 8.99 \times 10^9 \, \text{N m}^2/\text{C}^2 \times \frac{{(2 \times 10^{-6} \, \text{C})(3 \times 10^{-6} \, \text{C})}}{{(0,1 \, \text{m})^2}}
\]
\[
F = 8.99 \times 10^9 \times \frac{6 \times 10^{-12}}{0,01}
\]
\[
F = 8.99 \times 10^9 \times 6 \times 10^{-10}
\]
\[
F = 53,94 \times 10^{-1} \, \text{N}
\]
\[
F = 5,394 \, \පෙළ{N}
\]
ඉතින්, ආරෝපණ දෙක අතර කූලෝම් බලය 5,394 N වේ.
උදාහරණ ප්රශ්නය 2: ලක්ෂ්ය ආරෝපණයක් මගින් විද්යුත් ක්ෂේත්රය
ප්රශ්නය:
\( 4 \times 10^{-6} \, \text{C} \) ආරෝපණයකින් මීටර් 0,05 ක දුරකින් විද්යුත් ක්ෂේත්රය ගණනය කරන්න.
විසඳුමක්:
විද්යුත් ක්ෂේත්ර සූත්රය භාවිතා කරන්න:
\[
E = k \frac{Q}{r^2}
\]
දන්නා අගයන් ආදේශ කරන්න:
\[
E = 8.99 \times 10^9 \, \text{N m}^2/\text{C}^2 \times \frac{4 \times 10^{-6} \, \text{C}}{(0,05 \, \text{m})^2}
\]
\[
E = 8.99 \times 10^9 \times \frac{4 \times 10^{-6}}{0,0025}
\]
\[
E = 8.99 \times 10^9 \times 1,6 \times 10^{-3}
\]
\[
E = 14,384 \times 10^6 \, \text{N/C}
\]
\[
E = 1,4384 \times 10^7 \, \text{N/C}
\]
ඉතින්, ආරෝපණයේ සිට මීටර් 0,05 ක් දුරින් ඇති විද්යුත් ක්ෂේත්රය \( 1,4384 \times 10^7 \, \text{N/C} \) වේ.
උදාහරණ ප්රශ්නය 3: විද්යුත් විභවය
ප්රශ්නය:
\( 5 \times 10^{-6} \, \text{C} \) ආරෝපණයක් නිශ්චිත ස්ථානයක තබා ඇත. ආරෝපණයේ සිට මීටර් 0,2 ක දුරකින් විද්යුත් විභවය ගණනය කරන්න.
විසඳුමක්:
විද්යුත් විභව සූත්රය භාවිතා කරන්න:
\[
V = k \frac{Q}{r}
\]
දන්නා අගයන් ආදේශ කරන්න:
\[
V = 8.99 \times 10^9 \, \text{N m}^2/\text{C}^2 \times \frac{5 \times 10^{-6} \, \text{C}}{0,2 \, \text{m}}
\]
\[
V = 8.99 \times 10^9 \times 25 \times 10^{-6}
\]
\[
V = 224,75 \times 10^3 \, \text{V}
\]
\[
V = 2,2475 \times 10^5 \, \text{V}
\]
ඉතින්, ආරෝපණයේ සිට මීටර් 0,2 ක් දුරින් විද්යුත් විභවය \( 2,2475 \times 10^5 \, \text{V} \) වේ.
උදාහරණ ප්රශ්නය 4: විද්යුත් විභව ශක්තිය
ප්රශ්නය:
\( 3 \times 10^{-6} \, \text{C} \) සහ \( -2 \times 10^{-6} \, \text{C} \) ආරෝපණ දෙකක් මීටර් 0,1 ක දුරකින් පිහිටා ඇත. පද්ධතියේ විද්යුත් විභව ශක්තිය ගණනය කරන්න.
විසඳුමක්:
විද්යුත් විභව ශක්ති සූත්රය භාවිතා කරන්න:
\[
U = k \frac{q_1 q_2}{r}
\]
දන්නා අගයන් ආදේශ කරන්න:
\[
U = 8.99 \times 10^9 \, \text{N m}^2/\text{C}^2 \times \frac{(3 \times 10^{-6} \, \text{C})(-2 \times 10^{-6} \, \text{C})}{0,1 \, \text{m}}
\]
\[
U = 8.99 \times 10^9 \times \frac{-6 \times 10^{-12}}{0,1}
\]
\[
U = -5,394 \times 10^{-1} \, \text{J}
\]
\[
U = -0,5394 \, \පෙළ{J}
\]
එබැවින්, පද්ධතියේ විද්යුත් විභව ශක්තිය -0,5394 J වේ.
නිගමනය
ස්ථිතික විදුලිය අවබෝධ කර ගැනීම සහ කූලෝම්බ් නියමය, විද්යුත් ක්ෂේත්ර, විද්යුත් විභවය සහ විද්යුත් විභව ශක්තිය වැනි මූලික සංකල්ප යෙදීම 12 වන ශ්රේණියේ භෞතික විද්යාවේදී ඉතා වැදගත් වේ. ඉහත උදාහරණ ගැටළු අධ්යයනය කිරීමෙන්, සිසුන්ට මෙම සංකල්ප පිළිබඳ වඩා හොඳ අවබෝධයක් ලබා ගැනීමට සහ විවිධ අවස්ථාවන්හිදී ඒවා යෙදීමට හැකි වනු ඇතැයි අපේක්ෂා කෙරේ. මෙම ගැටළු අනාගතයේදී වඩාත් සංකීර්ණ විභාග සහ අභියෝග සඳහා සූදානම් වීමට සිසුන්ට උපකාර කරයි.
විවිධ ආකාරයේ ස්ථිතික විදුලි ගැටළු පුහුණු වීමෙන් ඔබේ සංකල්පීය අවබෝධය ශක්තිමත් වන අතර ඔබේ ගැටළු විසඳීමේ කුසලතා වැඩි දියුණු වේ. ගැටළු විසඳීමට පෙර සෑම විටම න්යායාත්මක පදනම් තේරුම් ගැනීමට වග බලා ගන්න, මන්ද ශක්තිමත් අවබෝධයක් ඔබට ගැටළු වඩාත් කාර්යක්ෂමව හා නිවැරදිව විසඳීමට උපකාරී වනු ඇත.
