Mitandao ya Gurumuda
Kasi ya pembe Kiasi cha mwendo wa mzunguko, ambacho ni sawa na uzito (m) katika mwendo wa mstari, ni wakati wa hali ya hewa (I). Kiasi cha mwendo wa mzunguko, ambacho ni sawa na kasi (v) katika mwendo wa mstari, ni kasi ya pembe (ω). Kwa hivyo, kitu kinachozunguka kina kasi ya pembe ambayo inaweza … Soma zaidi
Pitia chembe inayozunguka. Chembe yenye uzito m hupewa nguvu F ili chembe izunguke kuzunguka mhimili O. Chembe iko r mbali na mhimili wa mzunguko. Kwanza, chembe iko katika hali ya utulivu (v = 0). Baada ya kusonga kwa nguvu ya F, chembe husogea kwa kasi fulani ili chembe ziwe na kasi ya tangential. Uhusiano kati ya nguvu (F), uzito (m), na kasi ya tangential ya chembe huonyeshwa kwa mlinganyo wa 3:
Katika kondakta kama vile shaba, kuna elektroni zinazosogea bila mpangilio kwa kasi ya juu lakini hazitoki kutoka kwenye chuma. Elektroni zinazoweza kusogea kwa uhuru huitwa elektroni huru. Ingawa elektroni husogea kwa uhuru katika pande zote, hakuna mtiririko kamili wa elektroni katika mwelekeo fulani. Hali hii hutokea wakati hakuna tofauti inayowezekana kati ya ncha mbili za waya wa shaba.
Wakati waya imeunganishwa na chanzo cha umeme, tofauti inayowezekana hutokea kati ya ncha mbili za waya wa shaba, ili uwanja wa umeme uonekane ndani ya waya wa shaba. Uwepo wa uwanja wa umeme husababisha elektroni huru kupata nguvu ya umeme F = q E = e E, ambapo F = nguvu ya umeme , e = chaji ya elektroni, E = uwanja wa umeme . Nguvu hii ya umeme husababisha elektroni zote zinazosonga kwa uhuru kuharakisha pamoja, ambayo ni mwelekeo sawa na nguvu ya umeme.
Ufafanuzi wa capacitor ni kifaa kinachohifadhi chaji ya umeme na nishati inayoweza kutokea kwa umeme. Capacitor rahisi ina sahani au shuka zenye kondakta mbili ambazo zimewekwa karibu lakini hazigusana na hutenganishwa na kihami au ombwe. Vihami ni nyenzo zinazoweza kuendesha mkondo wa umeme kama vile metali, huku vihami ni nyenzo ambazo haziwezi kuendesha mkondo wa umeme kama vile plastiki.
Mwanzoni, kondakta hizo mbili hazina chaji ya umeme au zisizo na upande wowote wa umeme. Ili kondakta mmoja awe na chaji chanya na kondakta mwingine awe na chaji hasi, basi lazima kuwe na uhamisho wa elektroni kutoka kondakta mmoja hadi mwingine. Elektroni ziko kwenye uso wa atomi, kwa hivyo ni rahisi kuzisogeza. Baada ya elektroni kuhama kutoka kondakta mmoja hadi mwingine, mmoja wa kondakta ana elektroni nyingi zaidi (ukosefu wa protoni)
ili iwe na chaji hasi, huku kondakta mwingine akiwa na upungufu wa elektroni (protoni iliyozidi) ili iwe na chaji chanya. Maelezo ya kina ya mchakato wa kuchaji chaji za umeme kwenye capacitors yanapitiwa upya kuhusu mada ya kuhifadhi nishati ya umeme katika capacitors.
Uwezo wa umeme hufafanuliwa kama nishati ya uwezo wa umeme kwa kila chaji ya kitengo. Tuseme kwamba inapokuwa katika nukta a, chaji q ina nishati ya uwezo wa umeme sawa na EP a , basi uwezo wa umeme katika nukta a umeundwa kama ifuatavyo:
V = uwezo wa umeme, EP = nishati ya uwezo wa umeme, q = chaji ya umeme
V si tu katika nukta a bali pia katika nukta zote katika uwanja wa umeme. Nukta a inatumika kama mfano. Kama itakavyoelezwa baadaye, V haitegemei chaji q.
Kabla ya kusoma mada hii, kwanza elewa kazi, nguvu za kihafidhina, uhusiano kati ya nguvu za kihafidhina na nishati inayowezekana , nguvu za umeme na uwanja wa umeme.
Mbali na nguvu ya uvutano na nguvu ya chemchemi, mfano mwingine wa nguvu ya kihafidhina ni nguvu ya umeme. Ili kuelewa vyema kwa nini nguvu ya umeme inaitwa nguvu ya kihafidhina, elewa maelezo yafuatayo.
Sehemu ya umeme kwa chaji ya nukta moja
Ili kuhesabu uga wa umeme unaozalishwa na chaji moja chanya, hatua ya kwanza ni kuchagua uso wa Gauss wa duara wenye radius r ambapo katikati ya tufe iko kwenye chaji moja. Eneo la uso wa mpira ni 4πr2.
Sehemu ya umeme inayotoka katikati ya tufe hupenya kwa mlalo hadi kwenye uso wa tufe ili fomula ya mtiririko wa umeme iwe Φ = E A. Fomula ya sheria ya Gauss ni Φ = Q/ε o
Kuhusu sheria ya Coulomb , nguvu kati ya chaji za umeme imesomwa. Katika mapitio ya uwanja wa umeme, aina nyingine ya sheria ya Coulomb imejadiliwa, ambayo inaonyeshwa na mlinganyo F = q E,
ambapo F ni nguvu ya umeme, q ni chaji ya umeme na E ni uwanja wa umeme. Inaweza kusemwa kwamba sheria ya Coulomb ni sheria ya fizikia inayoelezea uhusiano kati ya chaji ya umeme (q) na uwanja wa umeme (E).
Sheria ya Gauss ni sheria nyingine ya fizikia inayoelezea uhusiano kati ya chaji za umeme na mashamba ya umeme. Sheria ya Gauss iliundwa na Carl Friedrich Gauss (1777-1855), mwanafizikia na mwanahisabati wa nadharia wa Ujerumani.
Kuhusu uwanja wa umeme, imejadiliwa ufafanuzi na mlinganyo wa uwanja wa umeme ambao unaweza kutumika kuhesabu nguvu ya uwanja wa umeme inayozalishwa na chaji ya umeme, chaji kadhaa za umeme au kwa usambazaji wa chaji ya umeme. Hesabu ya nguvu ya uwanja wa umeme inayozalishwa na chaji ya umeme au chaji mbili za umeme hutatuliwa kwa urahisi kwa kutumia fomula ya nguvu ya uwanja wa umeme. Ikiwa kinachohesabiwa ni nguvu ya uwanja wa umeme inayozalishwa na usambazaji wa chaji ya umeme, hesabu ni ngumu zaidi ikiwa fomula ya nguvu ya uwanja wa umeme inatumika, lakini ni rahisi kutumia sheria ya Gauss . Kabla ya kusoma sheria ya Gauss kwa undani, kwanza elewa mtiririko huo wa umeme kwa sababu ya dhana ya mtiririko wa umeme unaotumika katika sheria ya Gauss.
Kuhusu mada ya chaji ya umeme, ilijifunza kwamba kama chaji hurudishana, huku tofauti na chaji zikivutiana. Ikiwa kitu chenye chaji chanya kinaletwa karibu na kitu chenye chaji hasi, vitu hivyo viwili huvutana ili visogeleane. Kinyume chake, ikiwa kitu chenye chaji chanya kinaletwa karibu na kitu chenye chaji chanya, basi vitu hivyo viwili hurudishana ili visogeleane. Kama ilivyosomwa kuhusu mada ya sheria ya Coulomb, vitu vyenye chaji chanya vinaweza kuharakisha vitu vingine vyenye chaji chanya kwa sababu kuna nguvu ya umeme inayofanya kazi kati ya vitu hivi vyenye chaji chanya. Nguvu ya umeme inayotolewa na kitu chenye chaji chanya kwa umeme kwenye vitu vingine vyenye chaji chanya ni mfano mmoja wa nguvu inayoweza kutenda bila kugusana. Mfano mwingine wa nguvu inayoweza kutenda kwa mbali ni nguvu ya uvutano . Nguvu ya uvutano hutolewa na kitu chenye uzito kwenye vitu vingine vyenye uzito.