Elektrostatikaning asosiy tushunchalari. Elektrostatikaning asosiy tushunchalari va elektrostatika ta'limotining rivojlanishi Elektrostatikaning barcha formulalari tushuntirishlari bilan

Entsiklopedik YouTube

• 1 / 5

  Elektrostatikaning asosi Kulonning ishi bilan qo'yilgan (garchi undan o'n yil oldin, xuddi shunday natijalar, hatto undan ham katta aniqlik bilan, Kavendish tomonidan olingan. Kavendish ishining natijalari oilaviy arxivda saqlangan va faqat yuzta nashr etilgan. yillar o'tib); ikkinchisi tomonidan kashf etilgan elektr o'zaro ta'sirlar qonuni Grin, Gauss va Puassonga matematik jihatdan oqlangan nazariyani yaratishga imkon berdi. Elektrostatikaning eng muhim qismi Green va Gauss tomonidan yaratilgan potentsial nazariyadir. Elektrostatika bo'yicha ko'plab eksperimental tadqiqotlar Rees tomonidan olib borildi, uning kitoblari o'tmishda ushbu hodisalarni o'rganish uchun asosiy qo'llanma bo'lgan.

  O'tkazuvchanlik

  Har qanday moddaning dielektrik koeffitsienti K qiymatini topish, elektrostatikada shug'ullanish kerak bo'lgan deyarli barcha formulalarga kiritilgan koeffitsient juda boshqacha tarzda amalga oshirilishi mumkin. Eng ko'p ishlatiladigan usullar quyidagilardir.

  1) Bir xil o'lcham va shaklga ega bo'lgan ikkita kondansatkichning elektr sig'imlarini taqqoslash, lekin ulardan birida izolyatsion qatlam havo qatlami, ikkinchisida - sinovdan o'tkazilayotgan dielektrik qatlami.

  2) Kondensatorning sirtlari orasidagi tortishishlarni solishtirish, bu sirtlarga ma'lum bir potentsial farq berilganda, lekin bir holatda ular orasida havo mavjud bo'lsa (jozibali kuch = F 0), boshqa holatda - sinov suyuqlik izolyatori (jozibali). kuch = F). Dielektrik koeffitsienti quyidagi formula bo'yicha topiladi:

  K = F 0 F.

  (\ displaystyle K = (\ frac (F_ (0)) (F)).)

  3) Simlar bo'ylab tarqaladigan elektr to'lqinlarini kuzatish (qarang Elektr tebranishlari). Maksvell nazariyasiga ko'ra, elektr to'lqinlarining simlar bo'ylab tarqalish tezligi formula bilan ifodalanadi.

  V = 1 K m.

  (\ displaystyle V = (\ frac (1) (\ sqrt (K\ mu ))).)

  Odatda, havoda va sinov dielektrida (suyuqlikda) bir xil simning qismlarida paydo bo'ladigan doimiy elektr to'lqinlarining uzunliklari taqqoslanadi. Ushbu uzunliklarni l 0 va l aniqlab, biz K = l 0 2 / l 2 ni olamiz. Maksvell nazariyasiga ko'ra, har qanday izolyatsiya qiluvchi moddada elektr maydoni qo'zg'atilganda, bu moddaning ichida maxsus deformatsiyalar sodir bo'ladi. Induksion trubkalar bo'ylab izolyatsion vosita polarizatsiyalangan. Unda elektr siljishlari paydo bo'ladi, ularni musbat elektr tokining ushbu quvurlar o'qlari yo'nalishi bo'yicha harakatlariga o'xshatish mumkin va trubaning har bir kesimi orqali teng miqdordagi elektr energiyasi o'tadi.

  D = 1 4 p K F.

  (\ displaystyle D = (\ frac (1) (4 \ pi )) KF.)

  Maksvell nazariyasi dielektriklarda elektr maydoni qo'zg'alganda paydo bo'ladigan ichki kuchlar (kuchlanish va bosim kuchlari) uchun ifodalarni topishga imkon beradi. Bu savolni birinchi bo'lib Maksvellning o'zi, keyinroq esa Helmgolts batafsilroq ko'rib chiqdi. Ushbu masala nazariyasini yanada rivojlantirish va elektrostriksiya nazariyasi (ya'ni, ularda elektr maydoni qo'zg'atilganda dielektriklarda maxsus kuchlanishlarning paydo bo'lishiga bog'liq bo'lgan hodisalarni ko'rib chiqadigan nazariya) Lorbergning ishlariga tegishli. Kirchhoff, P. Duhem, N. N. Shiller va boshqalar

  Chegara shartlari

  Keling, induksion naychalarning sinishi masalasini ko'rib chiqish orqali elektrostriksiyaning eng muhim jihatlari haqida qisqacha taqdimotimizni yakunlaylik. Elektr maydonida bir-biridan qandaydir S sirt bilan ajratilgan, dielektrik koeffitsientlari K 1 va K 2 bo'lgan ikkita dielektrikni tasavvur qilaylik.

  Uning har ikki tomonida S sirtiga cheksiz yaqin joylashgan P 1 va P 2 nuqtalarida potentsiallarning kattaliklari V 1 va V 2 orqali ifodalansin va musbat elektr birligi boshdan kechirgan kuchlarning kattaliklari shu nuqtaga joylashtirilsin. bu nuqtalar F 1 va F 2 orqali. U holda S sirtning o'zida yotgan P nuqta uchun V 1 = V 2 bo'lishi kerak,

  d V 1 d s = d V 2 d s , (30) (\displaystyle (\frac (dV_(1))(ds))=(\frac (dV_(2))(ds)),\qquad (30))

  agar ds teginish tekisligining P nuqtada sirtga normal chiziqdan o'tgan tekislik bilan va undagi elektr quvvati yo'nalishi bo'ylab kesishish chizig'i bo'ylab cheksiz kichik siljishni ifodalasa. Boshqa tomondan, shunday bo'lishi kerak

  F2 kuchi normal n2 bilan (ikkinchi dielektrik ichida) hosil qilgan burchakni e 2 bilan, F 1 kuchi bilan bir xil normal n 2 bilan hosil qilgan burchakni e 1 bilan belgilaymiz. Keyin (31) va formulalar yordamida. (30), topamiz

  t g e 1 t g e 2 = K 1 K 2.

  (\displaystyle (\frac (\mathrm (tg) (\varepsilon _(1))))(\mathrm (tg) (\varepsilon _(2))))=(\frac (K_(1))(K_( 2))).)

  Shunday qilib, ikkita dielektrikni bir-biridan ajratib turuvchi sirtda elektr quvvati bir muhitdan ikkinchisiga kirgan yorug'lik nuri kabi o'z yo'nalishini o'zgartiradi. Nazariyaning bu natijasi tajriba bilan oqlanadi.

  Oliy kasbiy ta'lim davlat ta'lim muassasasi Tula davlat pedagogika universiteti ta'lim federal agentligi

  L. N. Tolstoy nomi bilan atalgan

  Yu. V. Bobylev V. A. Panin R. V. Romanov

  UMUMIY FİZİKA KURS

  elektrodinamika

  Qisqa ma'ruza kursi

  O‘quv-uslubiy birlashmasi tomonidan tasdiqlangan

  rossiya Federatsiyasi Ta'lim va fan vazirligining o'qituvchilar ta'limi sohalarida o'quv qo'llanma sifatida

  540200 (050200) yo‘nalishi bo‘yicha tahsil olayotgan oliy ta’lim muassasalari talabalari uchun

  "Fizika-matematika ta'limi"

  Tula nashriyoti TSPU im. L. N. Tolstoy

  BBK 22.3ya73 B72

  Sharhlovchi -

  Professor Yu F. Golovnev (L. N. Tolstoy nomidagi Toshkent davlat pedagogika universiteti)

  Bobylev, Yu.

  B72 Umumiy fizika kursi. Elektrodinamika: qisqacha ma'ruzalar kursi / Yu V. Bobylev, V. A. Panin, R. V. Romanov - Tula nashriyoti. davlat ped. unta im. L. N. Tolstoy, 2007.– 107 b.

  Ushbu o‘quv qo‘llanma elektromagnetizm bo‘yicha qisqacha ma’ruza kursi bo‘lib, Davlat ta’lim standartiga to‘liq javob beradigan zarur materiallarni o‘z ichiga oladi.

  Qo‘llanma asosan u yoki bu sabablarga ko‘ra tartibsiz ravishda auditoriya mashg‘ulotlariga qatnasha olmaydigan yoki qatnasha olmaydigan hamda o‘z-o‘zini tarbiyalash, shu jumladan masofaviy ta’lim bilan shug‘ullanuvchi talabalar uchun mo‘ljallangan.

  Matematik qismni qisqartirish orqali qo'llanma jismoniy bo'lmagan mutaxassisliklar talabalari uchun joylashtirilishi mumkin.

  © Yu. V. Bobylev, V. A. Panin, R. V. Romanov,

  © TSPU im. nashriyot uyi. L. N. Tolstoy,
  Muqaddima................................................. ....... .................................................
  Kirish................................................................. ....... ................................................. .........
  Ma'ruza 1. Elektr zaryadi................................................. ....... ..............
  Ma’ruza 2. Kulon qonuni................................................. ....... ...........................
  Ma'ruza 5. Elektr maydon potensiali...................................... ......
  Ma'ruza 6. Elektr maydon potensiali (davomi)......................
  Ma'ruza 7. Elektr maydonidagi o'tkazgichlar...................................... .........
  Ma’ruza 8. Elektr maydonidagi dielektriklar...................................... .........
  Ma'ruza 9. Elektr sig'imlari. Kondensatorlar............................
  10-ma’ruza. Elektrostatik energiya................................................. .........
  Ma'ruza 11. To'g'ridan-to'g'ri oqim. Asosiy tushunchalar va qonunlar.............
  Ma’ruza 12. Elektr zanjirlari................................................. ....... ..............
  13-ma'ruza Metalllardagi tok................................................ ....... .........................
  Ma'ruza 14. Vakuumdagi tok...................................... ......... .........................
  Ma’ruza 15. Gazlardagi tok kuchi. ................................................................ ......................................
  Ma’ruza 16. Elektrolitlardagi tok. ................................................................ ...... .........
  Ma'ruza 17. Magnitlanishning asosiy qonunlari. ...................................................
  Ma’ruza 18. Magnitizmning asosiy qonunlari (davomi)................
  Ma'ruza 19. Zaryadlangan zarrachalarning magnit maydondagi harakati............
  20-ma’ruza Elektromagnit induksiya. .............................................
  Ma’ruza 21. Elektr tebranish zanjiri...................................
  Ma’ruza 22. O‘zgaruvchan tok................................................ ....... .........................
  Ma’ruza 23. Elektr maydoni................................................. ....... ..............
  24-ma'ruza. Maksvell tenglamalari...................................... ......... .........
  25-ma'ruza. Elektromagnit to'lqinlar................................................ ......... ....
  Xulosa................................................. .............................................
  Adabiyot.................................................. .............................................

  Muqaddima

  Ushbu qo'llanma mualliflari Tula davlat pedagogika universitetining matematika, fizika va informatika fakultetida ishlaydi. L.N. Tolstoy va umumiy va nazariy fizika kurslarining bir qismi sifatida elektromagnit jarayonlar, shu jumladan muvozanatsiz moddiy muhitdagi hodisalar bilan bog'liq turli fanlar va maxsus kurslarni bir necha bor o'qigan.

  Muhim ish tajribasidan (20 dan 25 yilgacha) shakllangan o'qituvchilik tajribasi elektrodinamika bo'yicha yagona yakuniy kursni yaratish kontseptsiyasini taklif qildi. U juda muhim bo'lgan takrorlash va takrorlashsiz umumiy va nazariy fizika kurslarida o'rganilgan barcha mavzularni o'z ichiga olishi kerak, masalan, "Elektr va magnitlanish", "Elektrodinamikasi va SRT asoslari", "Uzluksiz muhit elektrodinamiği". va hokazo.

  Bunday kurs sizga taqdimot va dizaynning yagona uslubini, bir xil belgilarni, birliklarning yagona tizimini va matematik apparatlardan shunga o'xshash foydalanishni saqlashga imkon beradi, bu esa talabalar tomonidan ushbu qiyin materialni idrok etishni soddalashtiradi.

  Shuni ta'kidlash kerakki, mualliflarning ilmiy qiziqishlari yuqori muvozanatli plazma elektrodinamiği, elektrodinamik tizimlar va turli tabiatdagi tuzilmalardagi chiziqli bo'lmagan hodisalar, plazma elektronikasi va radiofizikasining ayrim masalalari bo'lib, bu, albatta, ushbu qo'llanmani shunday qiladi. zamonaviy ilm-fan yutuqlariga imkon qadar yaqin.

  Ushbu kontseptsiyani amalga oshirish 2002 yilda "Elektr va magnitlanish: ma'ruzalar kursi" kursi uchun darslik chiqarilishi bilan boshlandi. 1-qism. Elektrostatika”, ta’lim vazirligi tomonidan fizika-matematika talabalari uchun o‘quv qo‘llanma sifatida tasdiqlangan.

  Ushbu qo'llanma yordamida o'qitish o'zining shubhasiz samaradorligini va talabalar orasida talabni ko'rsatdi. 2004 yilda "Elektr va magnit" kursi uchun muammolar to'plami nashr etildi. Ushbu materiallarning WEB hujjat formatida tayyorlanishi ulardan nafaqat kunduzgi bo‘lim talabalari, balki masofaviy ta’lim uchun ham foydalanish imkonini berdi.

  Ushbu qo'llanmada ixchamroq "telegrafik" taqdimot uslubi qo'llaniladi va til, umuman olganda, akademikdan uzoqroq va so'zlashuv tiliga iloji boricha yaqinroqdir, chunki material haqiqatan ham shunday bo'lishi kerak. talabaning ma'ruzada eshitgan va ko'rganlarini yozib olish.

  Ko'p sonli chizmalar qo'llaniladi, ammo ular sxematik va soddalashtirilgan. Ba'zi murakkab formulalar batafsil xulosalar bilan berilgan, bu ayniqsa qishloq maktablarini bitiruvchi o'quvchilar uchun qimmatlidir. Bundan tashqari, mualliflarning fikriga ko'ra, qo'llanmada tushunishni osonlashtiradigan muammolarni hal qilishning ko'plab misollari mavjud.

  nazariy material va bo'lajak o'qituvchining amaliy ko'nikmalarini rivojlantirishga hissa qo'shadi.

  IN Asosiy tizim sifatida Xalqaro birliklar tizimi (SI) qo'llaniladi.

  IN Umuman olganda, material Oliy kasbiy ta'limning Davlat ta'lim standartida va o'quv rejasida ko'rsatilgan minimal darajaga mos keladi.

  Mualliflarning fikricha, elektromagnitizm bo'yicha ushbu darslik u yoki bu sabablarga ko'ra (biz buni to'g'ri deb hisoblaymiz) muntazam ravishda darslarga qatnasha olmaydigan yoki qatnasha olmaydigan va o'z-o'zini tarbiyalash bilan shug'ullanadigan talabalarga yordam beradi. Bunday o‘quvchilar ko‘payib bormoqda, biroq ularni an’anaviy darsliklarni o‘qishga, ulardan zarur ma’lumotlarni sinchkovlik bilan tanlashga, hozirgi zamon voqeligini hisobga olgan holda o‘qishga kirishish juda muammoli. Ushbu qo'llanmada Davlat ta'lim standartiga to'liq mos keladigan allaqachon tanlangan kerakli material mavjud bo'lib, o'rtacha talaba qo'shimcha adabiyotlardan foydalanmasdan imtihonda ijobiy baho oladi.

  Chuqurroq bilim olishni xohlovchi va magistraturada oʻqishni davom ettirishni rejalashtirgan talabalar uchun ushbu qoʻllanmaning oxirida foydali adabiyotlarning yetarlicha toʻliq roʻyxati keltirilgan.

  Ushbu qo'llanma faqat orqada qolgan talabalar uchun mos deb o'ylamasligingiz kerak. U barcha talabalar uchun mo'ljallangan, faqat farqi shundaki, ma'ruzada qatnashgan talaba va ma'ruzani o'tkazib yuborgan talaba ushbu qo'llanma bilan turli usullarda ishlashlari kerak bo'ladi.

  Bundan tashqari, ikki bosqichli ta'limga o'tish sharoitida va Boloniya jarayonining asosiy g'oyalarini tobora ko'proq kirib borish va amalga oshirish sharoitida, bir tomondan davlatning qat'iy talablariga javob beradigan darajada birlashtirilgan bunday qo'llanmalar standart, va boshqa tomondan, o'ziga xoslik va ijodiy qarashlar mualliflar "talabalar bozorida" talab ko'proq va ko'proq bo'ladi shubhasiz "muhr" ega.

  Shuni ham ta'kidlash kerakki, ushbu qo'llanma matematik qismni qisqartirgan holda, jismoniy bo'lmagan mutaxassisliklar talabalari uchun mo'ljallangan.

  Tula, 2007 yil aprel

  Kirish

  1. Elektrodinamika fan sifatida

  Ta'rifi: Elektrodinamika- elektr zaryadlari orasidagi o'zaro ta'sir qiluvchi elektromagnit maydonning harakatini o'rganadigan fan.

  2. Tarixiy ma’lumotlar

  Bu erda siz fizika tarixi bo'yicha deyarli butun kursni keltirishingiz mumkin, biz sizga havola qilamiz.

  3. Uzoq va qisqa masofali harakat nazariyasi

  Uzoq vaqt davomida fizikada uzoq masofali ta'sir nazariyasi hukmronlik qildi, u matematik qonunlarga asoslanib, jismlarning o'zaro ta'sirini ushbu o'zaro ta'sir mexanizmini ko'rsatmasdan tasvirlab berdi. Buning sababi shundaki, Nyutonning to'g'ri ishlab chiqilgan qonunlari barcha mexanik hodisalarni o'zlari hech qanday tushuntirishsiz mukammal tasvirlab bergan. Mexanik yondashuv fizikaning boshqa sohalariga ham tarqaldi (Kulon qonuni). Ostrogradskiy, Gauss, Laplas va boshqalarning asarlari. bu nazariya to'liq matematik shaklga ega bo'ldi. Shu bilan birga, olimlar o'zaro ta'sir qanday va qanday yordam bilan uzatiladi degan savolni tashvishga soldi. Faraday o'zaro ta'sir tashuvchisi bo'lgan maydon tushunchasini kiritdi. Uzoq vaqt davomida nazariyalar teng ravishda mavjud edi.

  Kvazistatik maydonlarda ular bir xil natijalarga olib keladi. Va faqat Gertz va Popovning tez o'zgaruvchan maydonlar bilan tajribalaridan so'ng, savol qisqa masofali harakatlar nazariyasi foydasiga aniq hal qilindi. Zaryadlar orasidagi o'zaro ta'sirlar kosmosda tarqaladigan elektromagnit maydon yordamida amalga oshiriladi, deb ishoniladi. Vakuumda maydon tezlik bilan tarqaladi

  c=299792458 m/s≈3,00·108 m/s.

  

  Elektr zaryadi

  1. Umumiy tushunchalar

  Ta'rifi: Elektr zaryadi zaryadlar orasidagi o'zaro ta'sir sodir bo'ladigan elektromagnit maydonni aniqlaydigan jismoniy miqdor.

  Zaryadni olishning turli usullariga qaramay, faqat ikkita turdagi elektr toki mavjud: "shisha" va "qatron" ("+" va "-"). Garchi aslida bu bir turdagi elektr energiyasining ortiqcha yoki etishmasligi, ya'ni salbiy degan fikr mavjud. Tabiatda ijobiy elektr miqdori taxminan salbiy elektr miqdoriga teng.

  2. Elektrlangan jismlarni olish usullari

  3. Zaryadni o'lchash

  Ta'rif: Sinov zaryadi - bu mavjud maydonga buzilishlarni keltirib chiqarmaydigan zaryad.

  Bir oz elektr maydoni bo'lsin. Biz dalaning bir nuqtasida sinov to'lovini joylashtiramiz. Maydon unga qandaydir kuch bilan ta'sir qiladi.

  Biz ushbu sohaga yana bir sinov to'lovini kiritamiz. Agar kuchlar bir yo'nalishda yo'naltirilgan bo'lsa, unda zaryadlar o'xshash bo'lsa, ular qarama-qarshidir;

  F 1 = F 2 q 1 q 2

  F 1 = const = q 1 F 2 q 2

  

  Kuchlar nisbatini bilib, biz zaryadlarning nisbatini ham bilamiz va zaryadlardan birini standart sifatida olib, biz zaryadlarni o'lchashning asosiy usulini ko'rsatamiz.

  4. Zaryadlash birligi

  Ta'rif: 1 Kulon - bu SI bo'yicha elektr zaryadining birligi bo'lib, 1 A doimiy tokda o'tkazgichning ko'ndalang kesimidan 1 sekundda oqadigan zaryadga teng.

  5. Zaryadning saqlanish qonuni

  Agar energetik foton yopiq tizimga tushsa, juftlashgan elektr zaryadini hosil qilish mumkin. Umuman olganda, tizimning zaryadi o'zgarmaydi. Barcha tajribalar shuni ko'rsatadiki, zaryad saqlanishning o'ziga xos xususiyatiga ega, shuning uchun bu pozitsiya postulat darajasiga ko'tariladi.

  Qonun: Yopiq tizimda elektr zaryadi doimiy miqdordir.

  ∑ qi = const.

  i= 1

  6. Yerni zaryadlang

  Yerning zaryadi manfiy.

  q = - 6 105 C.

  7. Zaryadning o'zgarmasligi

  Asosan, zaryadlar kuchlarni solishtirish orqali o'lchanadi. Kuch o'zgarmasdir, ya'ni. turli mos yozuvlar tizimlarida bir xil. Shuning uchun zaryad nisbati ham o'zgarmasdir. Va agar to'lov standarti bir xil bo'lsa, unda biz har xil mos yozuvlar tizimlarida zaryad bir xil miqdoriy qiymatga ega ekanligini aytishimiz mumkin.

  8. Zaryadning diskretligi

  Har qanday to'lov shaklda ifodalanishi mumkin

  q = N e , N = 0, ± 1, ± 2, ...

  |e| = 1,6021892(46)·10-19 S - elementar zaryad

  

  Elektr zaryadi diskret yoki kvantlangan deb aytiladi, ya'ni. To'lovning ma'lum bir minimal qismi bor, uni keyinchalik bo'linib bo'lmaydi.

  9. Zaryadlangan jismlarning modellari

  Qoidaga ko'ra, zaryad tanaga doimiy ravishda "yog'lanadi" va jismoniy cheksiz zaryad va hajm tushunchalari kiritiladi.

  << dV <

  10− 27

  ÷ 10

  − 30 m 3;

  << dq << Q ;

  Ommaviy zichlik

  Yuzaki

  Chiziqli zichlik

  zichligi

  ρ =

  = r(x, y, z)

  s = dq

  t = dq

  Q = ∫ r (x, y, z) dV

  Q = ∫ s dS

  Q = ∫ t dl

  V tanasi

  S tanasi

  L tanasi

  10. Balli to'lov

  Ta'rifi: Nuqta zaryadi zaryadga ega bo'lgan moddiy nuqta deyiladi.

  Nuqtaviy zaryad zichligi formula sifatida yozilishi mumkin;

  r (r) = q d (r - r 0).

  Bu yerda r 0 nuqta zaryadining holatini aniqlovchi radius vektori; d (r - r 0 )

  - Dirac delta funktsiyasi.

  11. Delta funksiyasi yoki Dirac funksiyasi.

  Bir o'lchovli holatda bu funktsiya quyidagicha aniqlanadi:

  0, x ≠ 0
  		∫ d (x) dx = 1
  d(x) = ∞, x = 0

  Bundan ham kelib chiqadi

  Ta'rif 1

  Elektrostatika elektrodinamikaning keng qamrovli bo'limi bo'lib, ma'lum bir tizimda tinch holatda bo'lgan elektr zaryadlangan jismlarni o'rganadi va tavsiflaydi.

  Amalda elektrostatik zaryadlarning ikki turi mavjud: musbat (ipakdagi shisha) va salbiy (jundagi qattiq kauchuk). Elementar zaryad minimal zaryad ($e = 1,6 ∙10^( -19)$ C). Har qanday jismoniy jismning zaryadi elementar zaryadlarning butun soniga karrali: $q = Ne$.

  Moddiy jismlarni elektrlashtirish - zaryadni jismlar o'rtasida qayta taqsimlash. Elektrlashtirish usullari: teginish, ishqalanish va ta'sir qilish.

  Elektr musbat zaryadining saqlanish qonuni - yopiq tushunchada barcha elementar zarrachalar zaryadlarining algebraik yig'indisi barqaror va o'zgarishsiz qoladi. $q_1 + q _2 + q _3 + …..+ q_n = const$. Bu holda sinov zaryadi nuqta musbat zaryad hisoblanadi.

  Coulomb qonuni

  Ushbu qonun eksperimental tarzda 1785 yilda o'rnatilgan. Ushbu nazariyaga ko'ra, muhitda tinch holatda bo'lgan ikkita nuqta zaryadlari orasidagi o'zaro ta'sir kuchi har doim musbat modullarning mahsulotiga to'g'ridan-to'g'ri proportsional va ular orasidagi umumiy masofaning kvadratiga teskari proportsionaldir.

  Elektr maydoni - turg'un elektr zaryadlari o'rtasida o'zaro ta'sir qiluvchi, zaryadlar atrofida hosil bo'ladigan va faqat zaryadlarga ta'sir qiluvchi noyob turdagi materiya.

  Nuqtaga o'xshash statsionar elementlarning bu jarayoni Nyutonning uchinchi qonuniga to'liq bo'ysunadi va zarralarning bir-biriga teng kuch bilan bir-birini itarishi natijasi hisoblanadi. Elektrostatikada turg'un elektr zaryadlari o'rtasidagi munosabat Kulon o'zaro ta'siri deb ataladi.

  Kulon qonuni zaryadlangan moddiy jismlar, bir xil zaryadlangan sharlar va sharlar uchun mutlaqo adolatli va aniqdir. Bunday holda, masofalar, asosan, bo'shliqlar markazlarining parametrlari sifatida qabul qilinadi. Amalda, agar zaryadlangan jismlarning o'lchamlari ular orasidagi masofadan ancha kichik bo'lsa, bu qonun yaxshi va tez bajariladi.

  Eslatma 1

  Supero'tkazuvchilar va dielektriklar ham elektr maydonida ishlaydi.

  Birinchisi, erkin elektromagnit zaryad tashuvchilarni o'z ichiga olgan moddalarni ifodalaydi. Elektronlarning erkin harakati o'tkazgich ichida sodir bo'lishi mumkin. Bu elementlarga eritmalar, metallar va turli elektrolitlar eritmalari, ideal gazlar va plazma kiradi.

  Dielektriklar - bu erkin elektr zaryad tashuvchilari bo'lmagan moddalar. Dielektriklarning o'zlari ichida elektronlarning erkin harakatlanishi mumkin emas, chunki ular orqali elektr toki o'tmaydi. Aynan shu jismoniy zarralar dielektrik birlikka teng bo'lmagan o'tkazuvchanlikka ega.

  Elektr uzatish liniyalari va elektrostatika

  Dastlabki elektr maydon kuchining kuch chiziqlari uzluksiz chiziqlar bo'lib, ular o'tadigan har bir muhitdagi teginish nuqtalari kuchlanish o'qi bilan to'liq mos keladi.

  Elektr uzatish liniyalarining asosiy xususiyatlari:

  • kesishmaslik;
  • yopiq emas;
  • barqaror;
  • yakuniy yo'nalish vektor yo'nalishiga to'g'ri keladi;
  • $+ q$ yoki cheksizdan boshlanadi, $– q$ da tugaydi;
  • zaryadlar yaqinida hosil bo'ladi (kuchlanish kattaroq bo'lgan joyda);
  • asosiy o'tkazgich yuzasiga perpendikulyar.

  Ta'rif 2

  Elektr potentsial farqi yoki kuchlanish (F yoki $U$) - musbat zaryad traektoriyasining boshlang'ich va tugash nuqtalaridagi potentsiallarning kattaligi. Yo'l segmenti bo'ylab potentsial o'zgarishlar qanchalik kam bo'lsa, natijada maydon kuchi shunchalik past bo'ladi.

  Elektr maydon kuchi har doim boshlang'ich potentsialni kamaytirishga qaratilgan.

  2-rasm. Elektr zaryadlar sistemasining potentsial energiyasi. Author24 - talabalar ishlarini onlayn almashish

  Elektr quvvati har qanday o'tkazgichning o'z yuzasida zarur elektr zaryadini to'plash qobiliyatini tavsiflaydi.

  Ushbu parametr elektr zaryadiga bog'liq emas, lekin unga o'tkazgichlarning geometrik o'lchamlari, ularning shakllari, elementlar orasidagi muhitning joylashishi va xususiyatlari ta'sir qilishi mumkin.

  Kondensator - bu zanjirga chiqarish uchun elektr zaryadini tezda to'plashga yordam beradigan universal elektr qurilma.

  Elektr maydoni va uning intensivligi

  Zamonaviy olimlarning fikriga ko'ra, barqaror elektr zaryadlari bir-biriga bevosita ta'sir qilmaydi. Elektrostatikadagi har bir zaryadlangan jismoniy tana muhitda elektr maydonini hosil qiladi. Bu jarayon boshqa zaryadlangan moddalarga kuch ta'sir qiladi. Elektr maydonining asosiy xususiyati uning nuqtaviy zaryadlarga qandaydir kuch bilan ta'siridir. Shunday qilib, musbat zaryadlangan zarralarning o'zaro ta'siri zaryadlangan elementlarni o'rab turgan maydonlar orqali sodir bo'ladi.

  Ushbu hodisani sinov zaryadi - o'rganilayotgan zaryadlarni sezilarli darajada qayta taqsimlamaydigan kichik elektr zaryadi yordamida o'rganish mumkin. Maydonni miqdoriy aniqlash uchun quvvat xususiyati kiritiladi - elektr maydon kuchi.

  Kuchlanish - bu maydonning ma'lum bir nuqtasida joylashgan sinov zaryadiga ta'sir qiladigan kuchning zaryadning kattaligiga nisbatiga teng bo'lgan jismoniy ko'rsatkich.

  Elektr maydon kuchi vektor fizik miqdordir. Bu holda vektorning yo'nalishi atrofdagi fazodagi har bir moddiy nuqtada musbat zaryadga ta'sir qiluvchi kuch yo'nalishiga to'g'ri keladi. Vaqt o'tishi bilan o'zgarmaydigan va harakatlanmaydigan elementlarning elektr maydoni elektrostatik hisoblanadi.

  Elektr maydonini tushunish uchun kuch chiziqlari qo'llaniladi, ular har bir tizimdagi asosiy kuchlanish o'qining yo'nalishi nuqtaga teginish yo'nalishiga to'g'ri keladigan tarzda chiziladi.

  Elektrostatikadagi potentsial farq

  Elektrostatik maydon bitta muhim xususiyatni o'z ichiga oladi: nuqtaviy zaryadni maydonning bir nuqtasidan ikkinchisiga ko'chirishda barcha harakatlanuvchi zarrachalarning kuchlari tomonidan bajariladigan ish traektoriya yo'nalishiga bog'liq emas, balki faqat uning pozitsiyasi bilan belgilanadi. boshlang'ich va oxirgi chiziqlar va zaryadlash parametri.

  Ishning zaryadlarning harakatlanish shaklidan mustaqilligi natijasi quyidagi bayonotdir: zaryadni har qanday yopiq traektoriya bo'ylab o'zgartirganda elektrostatik maydon kuchlarining funktsionalligi har doim nolga teng.

  Shakl 4. Elektrostatik maydon potensiali. Author24 - talabalar ishlarini onlayn almashish

  Elektrostatik maydonning potentsiallik xususiyati potentsial va ichki zaryad energiyasi tushunchasini kiritishga yordam beradi. Va maydondagi potentsial energiyaning ushbu zaryad qiymatiga nisbatiga teng bo'lgan jismoniy parametr elektr maydonining doimiy potentsiali deb ataladi.

  Elektrostatikaning ko'pgina murakkab masalalarida, potentsial energiyaning kattaligi va potentsialning o'zi nolga aylanadigan mos yozuvlar nuqtasi uchun potentsiallarni aniqlashda cheksiz nuqtadan foydalanish qulay. Bunda potentsialning ahamiyati quyidagicha aniqlanadi: fazoning istalgan nuqtasida elektr maydonining potentsiali berilgan tizimdan cheksizgacha bo'lgan musbat birlik zaryadni olib tashlashda ichki kuchlar bajaradigan ishga teng.

  Elektrostatikaning asosiy tushunchalari va elektrostatika ta’limotining rivojlanishi

  Keling, elektrostatikani aniqlaymiz

  Elektrostatika - fizikaning statsionar elektr zaryadlangan jismlarning o'zaro ta'sirini o'rganadigan bo'limi 1.

  Shunday qilib, kelajakda biz statsionar to'lovlar haqida gapiramiz.

  To'lovning aniq ta'rifi yo'q. Ushbu belgi uchta ma'noga ega:

  Elektrostatika fan sifatida Kulon ishidan kelib chiqqan. U elektr zaryadlarining o'zaro ta'siri qonunini, elektr zaryadlarining o'tkazgich yuzasida taqsimlanishini, zaryadlarning tushunchalari va qutblanishini tuzdi (oxirgi ikkitasi haqida keyinroq gapiraman).

  Elektr zaryadlarining o'zaro ta'siri qonuni "Kulon qonuni" deb ataladi. U 1785 yilda ishlab chiqilgan va o'qigan:

  "Vakuumdagi ikkita nuqta statsionar zaryadlangan jismlar o'rtasidagi o'zaro ta'sir kuchi zaryadlarni bog'laydigan to'g'ri chiziq bo'ylab yo'naltiriladi, zaryad modullarining mahsulotiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir va ular orasidagi masofaning kvadratiga teskari proportsionaldir." 3

  Ushbu qonun quyidagi to'lovlar uchun amal qiladi:

  A) moddiy nuqtalardir

  B) harakatsiz

  B) vakuumda

  Vektor shaklida qonun quyidagicha yoziladi:

  U quyidagicha ochildi:

  "Elektr zaryadlarining o'zaro ta'siri qonunining ochilishiga bu kuchlarning katta bo'lganligi yordam berdi. Ayniqsa, sezgir uskunalardan foydalanishning hojati yo'q edi ... Juda oddiy qurilma - buralish balansi yordamida kichik zaryadlangan to'plarning bir-biri bilan o'zaro ta'sirini aniqlash mumkin edi.

  Kulonning buralish balansi ingichka elastik simga osilgan shisha tayoqchadan iborat.

  pastki shkala bo'yicha hisoblanadi.

  Kulon tajribalaridan birida bu burchak ph 1 =36 0 ga teng edi. Keyin marjon sharlarni ph 2 =18 0 burchakka birlashtirdi, novdani soat yo'nalishi bo'yicha aylantirdi (qizil o'q). Buning uchun sterjenni yuqori shkala bo'yicha hisoblab, a=126 0 burchak ostida aylantirish kerak edi. Natijada ip buralib o'tgan b burchak b= a+ph 2 =144 0 ga teng bo'ldi. Bu burchakning qiymati burish burchagi ph 1 =36 0 ning dastlabki qiymatidan 4 marta katta. Bunday holda, to'plar orasidagi masofa qiymatdan o'zgardi r 1 qiymatiga ph 1 burchak ostida r ph 2 burchak ostida 2. agar rocker qo'li teng bo'lsa d, Bu
  Va
  .

  Bu yerdan
  

  Binobarin, masofa 2 marta qisqarganda, simning burilish burchagi 4 marta oshdi. Kuch momenti bir xil miqdorda oshdi, chunki burilish deformatsiyasi paytida kuch momenti burilish burchagiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir va shuning uchun kuch (kuchning qo'li o'zgarishsiz qoldi). Bu asosiy xulosaga olib keladi: ikkita zaryadlangan to'p orasidagi o'zaro ta'sir kuchi ular orasidagi masofaning kvadratiga teskari proportsionaldir:

  

  Quvvatning sharlarning zaryadiga bog'liqligini aniqlash uchun Kulon sharlardan birining zaryadlarini o'zgartirishning oddiy va mohirona usulini topdi. (Kulon to'g'ridan-to'g'ri zaryad o'lchay olmadi. O'sha paytda zaryad birliklari o'rnatilmagan edi.)

  Buning uchun u zaryadlangan to'pni teng zaryadsiz bilan bog'ladi. Zaryad to'plar o'rtasida teng taqsimlangan, bu esa zaryadni 2, 4 va hokazo marta kamaytirdi. Zaryadning yangi qiymatida kuchning yangi qiymati yana eksperimental tarzda aniqlandi. Ma'lum bo'lishicha, kuch to'plarning zaryadlari mahsulotiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir: F~ q 1 q 2 » 5

  Kulon qonuni elektrostatikaning ikkita asosiy qonunlaridan biridir. Ikkinchisi elektr zaryadining saqlanish qonunidir.

  "Elektr zaryadining saqlanish qonuni elektr yopiq tizim zaryadlarining algebraik yig'indisi saqlanishini bildiradi" 6

  Coulomb qonuni zaryadlar orasidagi o'zaro ta'sir kuchi haqida gapiradi. Ushbu o'zaro ta'sirning tabiati haqida savol tug'iladi. Tarixda ikkita nuqtai nazar mavjud: yaqin masofadagi harakat va masofadagi harakat. Birinchi nazariyaning mohiyati shundan iboratki, ma'lum masofada joylashgan jismlar o'rtasidagi o'zaro ta'sir oraliq bo'g'inlar (yoki vosita) yordamida amalga oshiriladi. Va ikkinchi nazariya shundaki, o'zaro ta'sir bevosita bo'shliq orqali sodir bo'ladi.

  Qisqa masofali harakatlar nazariyasiga o'tishni buyuk ingliz olimi Maykl Faraday boshlagan.

  Faraday zaryadlar bir-biriga to'g'ridan-to'g'ri ta'sir qilmaydi, lekin ularning har biri uni o'rab turgan kosmosda elektr maydoni hosil qiladi, deb hisoblardi.

  Ammo Faraday o'z fikrini tasdiqlovchi dalil topa olmadi. Uning barcha mulohazalari faqat bo'shliq orqali bir jism boshqasiga ta'sir qila olmasligiga ishonchiga asoslangan edi.

  Bu nazariya harakatlanuvchi zaryadlangan zarralarning elektromagnit oʻzaro taʼsirini oʻrganib, radioaloqa imkoniyatini kashf etgandan soʻng muvaffaqiyatga erishdi. Radioaloqa - bu elektromagnit o'zaro ta'sirlar orqali aloqa, chunki radio to'lqin elektromagnit to'lqindir. Radioaloqa misolidan foydalanib, biz elektromagnit maydon haqiqatan ham mavjud bo'lgan narsa sifatida namoyon bo'lishini ko'ramiz. Ilm soha nimadan iboratligini bilmaydi. Shuning uchun elektr maydoniga aniq ta'rif berish mumkin emas. Ammo biz bilamizki, maydon moddiy va uni boshqa hech narsa bilan aralashtirib yubormaslikka imkon beradigan bir qator ma'lum xususiyatlarga ega. Elektr maydonining asosiy xususiyatlari shundaki, u elektr zaryadlariga ma'lum bir kuch bilan ta'sir qiladi va faqat elektr zaryadlari tomonidan yaratiladi.

  Elektr maydonining miqdoriy xarakteristikasi elektr maydon kuchidir.

  Elektr maydon kuchi ( E) - berilgan nuqtadagi elektr maydonini tavsiflovchi va son jihatdan kuch nisbatiga teng vektor fizik miqdor. F maydonning ma'lum bir nuqtasida ushbu zaryadning kattaligiga qo'yilgan sinov zaryadiga ta'sir qilish q 7:
  

  Maydon superpozitsiyasi printsipi elektr maydon kuchi bilan bog'liq:

  Agar fazoning ma'lum bir nuqtasida turli zaryadlar intensivligi teng bo'lgan elektr maydonlarini hosil qilsa va hokazo, keyin bu nuqtada hosil bo'lgan maydon kuchi: 8
  	Kosmosdagi kuchlanish vektorlari to'plamini kuchlanish chiziqlari yoki kuch chiziqlari shaklida tasvirlash mumkin. Kuchlanish chizig'i uzluksiz chiziq bo'lib, har bir nuqtadagi teginishlar kuchlanish vektorining yo'nalishiga to'g'ri keladi.

  Shuni ta'kidlash kerakki, elektrostatik maydon chiziqlari yopiq emas. Ular musbat zaryadlardan boshlanadi va manfiy zaryadlarda tugaydi.

  Elektr maydonining yana bir xususiyati potentsialdir. Bu miqdor maydonning energiya xarakteristikasi hisoblanadi. Ushbu miqdorni tushuntirish uchun yana bir tushunchani kiritish kerak: potentsial zaryad energiyasi.

  Kulon kuchlarining ishi traektoriyaga bog'liq emas va yopiq traektoriya bo'ylab 0 ga teng.
  , Qayerda d- harakatlanuvchi

  Keling, tortishish ishi bilan o'xshashlik qilaylik: A= mg(h 1 - h 2 )=- mgΔ h

  A=mgh 1 -mgh 2 =- Δ En

  Kulon kuchlarining ishi: A= qEΔ d= qEd 1 - qEd 2 = En 1 - En 2 =- Δ En

  Qayerda D d= d 1 - d 2

  Ep=qEd=>Ep maydonning energiya xarakteristikasi boʻlib xizmat qila olmaydi, chunki u sinov zaryadining kattaligiga va nisbatga bogʻliq. Balki. Bu nisbat elektr maydonining energiya xarakteristikasi:
  . Bu qiymat voltlarda o'lchanadi. Potensial va kuchlanishdan foydalanib, biz elektrostatik maydonni tavsiflashimiz mumkin.

  1 Quyida qisqalik uchun "zaryad" so'zi ishlatiladi. Aslida, bu zaryadlangan jismlarni anglatadi

  2 ya'ni. Har bir zarracha elektr zaryadi emas (masalan: neytron)

  ... Elektrostatikaning barcha bashoratlari uning ikkita qonunidan kelib chiqadi.
  Ammo bu narsalarni matematik tarzda ifodalash boshqa, bu boshqa narsa
  ularni osonlik bilan va kerakli miqdorda aql bilan qo'llang.
  Richard Feynman

  Elektrostatika statsionar zaryadlarning o'zaro ta'sirini o'rganadi. Elektrostatika boʻyicha asosiy tajribalar 17—18-asrlarda oʻtkazilgan. Elektromagnit hodisalarning kashf etilishi va ular ishlab chiqargan texnologiyadagi inqilob bilan elektrostatikaga qiziqish bir muncha vaqt yo'qoldi. Biroq, zamonaviy ilmiy tadqiqotlar tirik va jonsiz tabiatning ko'plab jarayonlarini tushunish uchun elektrostatikaning ulkan ahamiyatini ko'rsatadi.

  Elektrostatika va hayot

  1953 yilda amerikalik olimlar S. Miller va G. Urey "hayotning qurilish bloklari" dan biri - aminokislotalarni tarkibi bo'yicha Yerning ibtidoiy atmosferasiga o'xshash gaz orqali elektr razryadni o'tkazish orqali olish mumkinligini ko'rsatdi. metan, ammiak, vodorod va bug'li suvdan iborat. Keyingi 50 yil ichida boshqa tadqiqotchilar bu tajribalarni takrorladilar va bir xil natijalarga erishdilar. Qisqa oqim impulslari bakteriyalar orqali o'tkazilganda, ularning qobig'ida (membranada) teshiklar paydo bo'ladi, ular orqali boshqa bakteriyalarning DNK bo'laklari o'tishi mumkin, bu esa evolyutsiya mexanizmlaridan birini ishga tushiradi. Shunday qilib, Yerda hayotning kelib chiqishi va uning evolyutsiyasi uchun zarur bo'lgan energiya, albatta, chaqmoq oqimlarining elektrostatik energiyasi bo'lishi mumkin (1-rasm).

  Elektrostatik qanday qilib chaqmoqni keltirib chiqaradi

  Har qanday vaqtda Yerning turli nuqtalarida 2000 ga yaqin chaqmoq chaqadi, har soniyada Yerga taxminan 50 ta chaqmoq tushadi va Yer yuzasining har kvadrat kilometriga yiliga oʻrtacha olti marta chaqmoq tushadi. 18-asrda Benjamin Franklin momaqaldiroqli bulutlardan chaqmoq chaqishi elektr zaryadlari ekanligini isbotladi. salbiy zaryad. Bundan tashqari, har bir razryad Yerni bir necha o'nlab kulon elektr energiyasi bilan ta'minlaydi va chaqmoq urishi paytida oqim amplitudasi 20 dan 100 kiloampergacha o'zgarib turadi. Yuqori tezlikdagi fotosuratlar shuni ko'rsatdiki, chaqmoq urishi soniyaning o'ndan bir qismigacha davom etadi va har bir chaqmoq bir necha qisqaroq chaqmoqlardan iborat.

  Atmosfera zondlariga o'rnatilgan o'lchash asboblari yordamida 20-asrning boshlarida Yerning elektr maydoni o'lchandi, uning sirtdagi kuchi taxminan 100 V/m ni tashkil etdi, bu sayyoramizning umumiy zaryadiga to'g'ri keladi. taxminan 400 000 S. Yer atmosferasidagi zaryadlarning tashuvchisi ionlar bo'lib, ularning konsentratsiyasi balandlik bilan ortib boradi va 50 km balandlikda maksimal darajaga etadi, bu erda kosmik nurlanish ta'sirida elektr o'tkazuvchan qatlam - ionosfera hosil bo'ladi. Shuning uchun biz Yerning elektr maydonini taxminan 400 kV kuchlanishli sferik kondansatör maydoni deb aytishimiz mumkin. Ushbu kuchlanish ta'sirida 2-4 kA oqim doimo yuqori qatlamlardan pastki qatlamlarga oqib o'tadi, uning zichligi (1-2)·10 -12 A/m 2 va energiya ajralib chiqadi. 1,5 GVtgacha. Va agar chaqmoq bo'lmasa, bu elektr maydoni yo'qoladi! Ma'lum bo'lishicha, yaxshi ob-havo sharoitida Yerning elektr kondansatörü zaryadsizlanadi va momaqaldiroq paytida u zaryadlanadi.

  Momaqaldiroq buluti - bu juda katta miqdordagi bug ', ularning ba'zilari mayda tomchilar yoki muz bo'laklariga aylanadi. Momaqaldiroq bulutining tepasi 6-7 km balandlikda, pastki qismi esa 0,5-1 km balandlikda erdan osilib turishi mumkin. 3-4 km dan yuqori bulutlar har xil o'lchamdagi muz qatlamlaridan iborat, chunki u erda harorat har doim noldan past bo'ladi. Bu muz bo'laklari doimiy harakatda bo'lib, erning qizigan yuzasidan pastdan ko'tarilgan iliq havo oqimlarining ko'tarilishi natijasida yuzaga keladi. Kichik muz bo'laklari katta bo'laklarga qaraganda engilroq bo'lib, ular ko'tarilgan havo oqimlari bilan olib ketiladi va yo'lda kattalari bilan to'qnashadi. Har bir bunday to'qnashuv bilan elektrifikatsiya sodir bo'ladi, unda muzning katta qismlari salbiy, kichiklari esa ijobiy zaryadlanadi. Vaqt o'tishi bilan musbat zaryadlangan kichik muz bo'laklari asosan bulutning yuqori qismida, manfiy zaryadlangan kattalari esa pastki qismida to'planadi (2-rasm). Boshqacha qilib aytganda, bulutning yuqori qismi ijobiy, pastki qismi esa salbiy zaryadlangan. Bunday holda, musbat zaryadlar to'g'ridan-to'g'ri momaqaldiroq buluti ostida erga tushadi. Endi hamma narsa chaqmoq oqimiga tayyor, bunda havo parchalanishi sodir bo'ladi va momaqaldiroq bulutining pastki qismidan salbiy zaryad Yerga oqadi.

  

  Odatda, momaqaldiroqdan oldin Yerning elektr maydonining kuchi 100 kV / m ga yetishi mumkin, ya'ni yaxshi ob-havo sharoitida uning qiymatidan 1000 baravar yuqori. Natijada, momaqaldiroq ostida turgan odamning boshidagi har bir sochning musbat zaryadi bir xil miqdorda ortadi va ular bir-biridan uzoqlashib, tik turishadi (3-rasm).

  

  Fulgurit - yerdagi chaqmoq izi

  Chaqmoq chaqishi paytida 10 9 -10 10 J darajali energiya chiqariladi, bu energiyaning katta qismi momaqaldiroq, havoni isitish, yorug'lik chaqnashi va boshqa elektromagnit to'lqinlarning nurlanishiga sarflanadi. chaqmoq erga kiradigan joyda. Ammo bu "kichik" qism ham yong'inga olib kelishi, odamni o'ldirishi yoki binoni vayron qilish uchun etarli. Chaqmoq, u orqali harakatlanadigan kanalni 30 000 ° S ga qizdirishi mumkin, bu qumning erish nuqtasidan (1600-2000 ° C) ancha yuqori. Shuning uchun, chaqmoq qumga urib, uni eritadi va issiq havo va suv bug'lari kengayib, erigan qumdan naycha hosil qiladi, bir muncha vaqt o'tgach, u qattiqlashadi. Fulguritlar (momaqaldiroq o'qlari, shaytonning barmoqlari) shunday tug'iladi - eritilgan qumdan yasalgan ichi bo'sh silindrlar (4-rasm). Eng uzun qazilgan fulguritlar besh metrdan oshiq chuqurlikka er ostiga tushdi.

  

  Elektrostatika chaqmoqlardan qanday himoya qiladi

  Yaxshiyamki, chaqmoqlarning aksariyati bulutlar orasida sodir bo'ladi va shuning uchun inson salomatligiga xavf tug'dirmaydi. Biroq, har yili dunyo bo'ylab chaqmoq mingdan ortiq odamni o'ldiradi, deb ishoniladi. Hech bo'lmaganda, bunday statistik ma'lumotlar saqlanadigan AQShda har yili mingga yaqin odam chaqmoq urishidan aziyat chekadi va ularning yuzdan ortig'i halok bo'ladi. Olimlar uzoq vaqtdan beri odamlarni ushbu "Xudoning jazosi" dan himoya qilishga harakat qilishdi. Misol uchun, birinchi elektr kondansatkich (Leyden jar) ixtirochisi Pieter van Muschenbrouck mashhur frantsuz entsiklopediyasi uchun yozilgan elektr tokiga bag'ishlangan maqolasida chaqmoqning oldini olishning an'anaviy usullarini - qo'ng'iroqlarni chalish va to'plardan otishni himoya qildi, uning fikricha, bu juda samarali edi. .

  1750 yilda Franklin chaqmoqni ixtiro qildi. Merilenddagi kapitoliy binosini chaqmoq urishidan himoya qilish uchun u binoga gumbazdan bir necha metr balandlikda cho'zilgan va erga ulangan qalin temir tayoqni biriktirdi. Olim o'z ixtirosini patentlashdan bosh tortdi, chunki u imkon qadar tezroq odamlarga xizmat qila boshlaydi. Agar zaryadlangan o'tkazgich yuzasiga yaqin elektr maydon kuchi bu sirtning egriligi oshishi bilan ortib borishini eslasak, chaqmoq tayoqchasining ta'sir qilish mexanizmini tushuntirish oson. Shuning uchun, chaqmoq uchi yaqinidagi momaqaldiroq buluti ostida, maydon kuchi shunchalik yuqori bo'ladiki, u atrofdagi havoning ionlanishiga va undagi toj ajralishiga olib keladi. Natijada, chaqmoq chaqmoqqa tushish ehtimoli sezilarli darajada oshadi. Shunday qilib, elektrostatika haqidagi bilim nafaqat chaqmoqning kelib chiqishini tushuntirishga, balki ulardan himoyalanish yo'lini topishga ham imkon berdi.

  Franklinning chaqmoq tayoqchasi haqidagi xabar tezda butun Evropaga tarqaldi va u barcha akademiyalarga, shu jumladan Rossiya akademiyalariga saylandi. Biroq, ba'zi mamlakatlarda dindor aholi bu ixtironi g'azab bilan kutib oldi. Inson Xudoning g'azabining asosiy qurolini osonlikcha va sodda tarzda qo'lga olishi mumkinligi haqidagi g'oyaning o'zi kufrdek tuyulardi. Shuning uchun, turli joylarda odamlar, taqvodor sabablarga ko'ra, chaqmoqlarni sindirishdi.

  1780 yilda Frantsiya shimolidagi kichik shaharchada qiziq voqea sodir bo'ldi, u erda shaharliklar temir chaqmoq ustunini buzishni talab qilishdi va ish sudga tortildi. Chaqmoqni obskurantlar hujumidan himoya qilgan yosh huquqshunos o‘z himoyasini inson ongi ham, tabiat kuchlarini mag‘lub etish qobiliyati ham ilohiy kelib chiqishiga asosladi. Hayotni saqlab qolishga yordam beradigan hamma narsa yaxshilik uchun, dedi yosh huquqshunos. U ishda g'alaba qozondi va katta shuhrat qozondi. Advokatning ismi... Maksimilian Robespier edi.

  Xo'sh, endi chaqmoq ixtirochisining portreti dunyodagi eng orzu qilingan reproduktsiyadir, chunki u taniqli yuz dollarlik banknotni bezatadi.

  Hayotni qaytaradigan elektrostatika

  Kondensatorning zaryadsizlanishidan olingan energiya nafaqat Yerda hayotning paydo bo'lishiga olib keldi, balki yurak hujayralari sinxron ravishda urishni to'xtatgan odamlarning hayotini tiklashi mumkin. Yurak hujayralarining asinxron (xaotik) qisqarishi fibrilatsiya deb ataladi. Yurakning fibrilatsiyasini uning barcha hujayralari orqali qisqa oqim pulsini o'tkazish orqali to'xtatish mumkin. Buning uchun bemorning ko'kragiga ikkita elektrod qo'llaniladi, ular orqali taxminan o'n millisekundlik davomiylik va bir necha o'n ampergacha bo'lgan amplituda puls o'tkaziladi. Bunday holda, ko'krak qafasi orqali tushirish energiyasi 400 J ga yetishi mumkin (bu 2,5 m balandlikka ko'tarilgan kilogramm vaznining potentsial energiyasiga teng). Yurak fibrilatsiyasini to'xtatuvchi elektr toki urishini ta'minlaydigan qurilmaga defibrilator deyiladi. Eng oddiy defibrilator sig'imi 20 mkF bo'lgan kondansatkich va induktivligi 0,4 H bo'lgan g'altakdan tashkil topgan tebranuvchi konturdir. Kondensatorni 1-6 kV kuchlanishgacha zaryad qilish va uni bobin va qarshiligi taxminan 50 ohm bo'lgan bemor orqali zaryadlash orqali siz bemorni hayotga qaytarish uchun zarur bo'lgan oqim impulsini olishingiz mumkin.

  Yorug'lik beruvchi elektrostatika

  Floresan chiroq elektr maydon kuchining qulay ko'rsatkichi bo'lib xizmat qilishi mumkin. Buni tekshirish uchun qorong'i xonada chiroqni sochiq yoki sharf bilan ishqalang - natijada chiroq oynasining tashqi yuzasi ijobiy, mato esa salbiy zaryadlanadi. Bu sodir bo'lishi bilan biz zaryadlangan mato bilan tegib turgan chiroqning joylarida yorug'lik chaqnashlarini ko'ramiz. O'lchovlar shuni ko'rsatdiki, ishlaydigan lyuminestsent chiroq ichidagi elektr maydon kuchi taxminan 10 V / m ni tashkil qiladi. Ushbu intensivlikda erkin elektronlar lyuminestsent chiroq ichidagi simob atomlarini ionlash uchun zarur energiyaga ega.

  

  Yuqori kuchlanishli elektr uzatish liniyalari ostidagi elektr maydoni - elektr uzatish liniyalari - juda yuqori qiymatlarga erishishi mumkin. Shuning uchun, agar tunda lyuminestsent chiroq elektr liniyasi ostida erga yopishtirilsa, u yonadi va juda yorqin (5-rasm). Shunday qilib, elektrostatik maydonning energiyasidan foydalanib, siz elektr uzatish liniyalari ostidagi bo'shliqni yoritishingiz mumkin.

  Qanday qilib elektrostatika yong'in haqida ogohlantiradi va tutunni tozalaydi

  Ko'pgina hollarda, yong'in signalizatsiyasi detektori turini tanlashda, tutun detektoriga ustunlik beriladi, chunki yong'in odatda katta miqdordagi tutun chiqishi bilan birga keladi va aynan shu turdagi detektor odamlarni ogohlantirishga qodir. xavf haqida bino. Tutun detektorlari havodagi tutunni aniqlash uchun ionizatsiya yoki fotoelektrik printsipdan foydalanadi.

  Ionlashtiruvchi tutun detektorlari metall elektrod plitalari orasidagi havoni ionlashtiruvchi a-nurlanish manbasini (odatda ameritium-241) o'z ichiga oladi, ular orasidagi elektr qarshiligi doimiy ravishda maxsus sxema yordamida o'lchanadi. a-nurlanish natijasida hosil bo'lgan ionlar elektrodlar orasidagi o'tkazuvchanlikni ta'minlaydi va u erda paydo bo'lgan tutunning mikrozarralari ionlar bilan bog'lanadi, ularning zaryadini neytrallaydi va shu bilan elektrodlar orasidagi qarshilikni oshiradi, bunda elektr zanjiri shovqin bilan reaksiyaga kirishadi. signal. Ushbu printsipga asoslangan sensorlar juda ta'sirli sezgirlikni namoyish etadilar, hatto tirik mavjudot tomonidan tutunning birinchi belgisini aniqlashdan oldin ham reaksiyaga kirishadilar. Shuni ta'kidlash kerakki, sensorda ishlatiladigan nurlanish manbai odamlar uchun hech qanday xavf tug'dirmaydi, chunki alfa nurlari hatto qog'oz varag'idan ham o'ta olmaydi va bir necha santimetr qalinlikdagi havo qatlami tomonidan to'liq so'riladi.

  Chang zarralarini elektrlashtirish qobiliyati sanoat elektrostatik chang yig'uvchilarda keng qo'llaniladi. Yuqoriga ko'tarilgan, masalan, kuyik zarralarini o'z ichiga olgan gaz manfiy zaryadlangan metall to'rdan o'tadi, buning natijasida bu zarralar manfiy zaryadga ega bo'ladi. Yuqoriga ko'tarilishni davom ettirib, zarralar musbat zaryadlangan plitalarning elektr maydonida topiladi, ular jalb qilinadi, shundan so'ng zarralar vaqti-vaqti bilan olib tashlanadigan maxsus idishlarga tushadi.

  Bioelektrostatika

  Nafasning sabablaridan biri chang oqadilar (6-rasm) - uyimizda yashaydigan taxminan 0,5 mm hajmdagi hasharotlar chiqindilari. Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, astma xurujlari bu hasharotlar chiqaradigan oqsillardan biri tufayli yuzaga keladi. Ushbu oqsilning tuzilishi ot taqasiga o'xshaydi, uning ikkala uchi musbat zaryadlangan. Taqa shaklidagi bunday oqsilning uchlari orasidagi elektrostatik itaruvchi kuchlar uning tuzilishini barqaror qiladi. Biroq, oqsilning xususiyatlarini uning ijobiy zaryadlarini neytrallash orqali o'zgartirish mumkin. Buni har qanday ionlashtiruvchi, masalan, Chizhevskiy qandil yordamida havodagi salbiy ionlarning konsentratsiyasini oshirish orqali amalga oshirish mumkin (7-rasm). Shu bilan birga, astma xurujlari chastotasi kamayadi.

  

  Elektrostatika nafaqat hasharotlar chiqaradigan oqsillarni zararsizlantirishga, balki ularni o'zlariga ham tutishga yordam beradi. Agar zaryadlangan bo'lsa, sochlar "uchida turadi" deb allaqachon aytilgan. Hasharotlar o'zlarini elektr toki bilan to'ldirganlarida nimalarni boshdan kechirishlarini tasavvur qilishingiz mumkin. Oyoqlaridagi eng nozik tuklar turli yo'nalishlarda ajralib turadi va hasharotlar harakat qilish qobiliyatini yo'qotadi. 8-rasmda ko'rsatilgan hamamböceği tuzog'i ushbu printsipga asoslanadi. Tuzoq atrofidagi eğimli sirtni qoplash uchun kukun (rasmda oq rangda) ishlatiladi. Kukunga tushgandan so'ng, hasharotlar zaryadlanadi va tuzoqqa tushadi.

  

  Antistatik vositalar nima?

  Kiyim-kechak, gilam, choyshab va hokazo narsalar boshqa narsalar bilan aloqa qilgandan keyin, ba'zan esa oddiygina havo oqimlari bilan zaryadlanadi. Kundalik hayotda va ishda shu tarzda hosil bo'lgan zaryadlar ko'pincha statik elektr deb ataladi.

  

  Oddiy atmosfera sharoitida tabiiy tolalar (paxta, jun, ipak va viskoza) namlikni yaxshi singdiradi (hidrofil) va shuning uchun elektr tokini ozgina o'tkazadi. Bunday tolalar boshqa materiallarga tegsa yoki ishqalansa, ularning sirtlarida ortiqcha elektr zaryadlari paydo bo'ladi, lekin juda qisqa vaqt ichida, chunki zaryadlar darhol turli ionlarni o'z ichiga olgan matoning nam tolalari orqali orqaga oqib o'tadi.

  Tabiiy tolalardan farqli o'laroq, sintetik tolalar (poliester, akril, polipropilen) namlikni yaxshi singdirmaydi (hidrofobik), ularning sirtlarida kamroq harakatlanuvchi ionlar mavjud. Sintetik materiallar bir-biri bilan aloqa qilganda, ular bir-biriga qarama-qarshi zaryadlar bilan zaryadlanadi, lekin bu zaryadlar juda sekin oqishi sababli, materiallar bir-biriga yopishib, noqulaylik va noqulaylik tug'diradi. Aytgancha, sochlar tuzilishi jihatidan sintetik tolalarga juda yaqin va ayni paytda hidrofobikdir, shuning uchun ular, masalan, taroq bilan aloqa qilganda, u elektr bilan zaryadlanadi va bir-birini qaytara boshlaydi.

  Statik elektrdan xalos bo'lish uchun kiyim yoki boshqa narsalarning yuzasi namlikni saqlaydigan va shu bilan sirtdagi mobil ionlarning kontsentratsiyasini oshiradigan modda bilan yog'lanishi mumkin. Bunday davolashdan so'ng, hosil bo'lgan elektr zaryadi ob'ekt yuzasidan tezda yo'qoladi yoki uning ustiga tarqaladi. Sirtning gidrofilligini uning molekulalari sovun molekulalariga o'xshash sirt faol moddalar bilan moylash orqali oshirish mumkin - juda uzun molekulaning bir qismi zaryadlangan, ikkinchisi esa yo'q. Statik elektr paydo bo'lishiga to'sqinlik qiladigan moddalar antistatik vositalar deb ataladi. Masalan, oddiy ko'mir changi yoki kuyikish antistatik vositadir, shuning uchun statik elektrdan xalos bo'lish uchun gilam va qoplama materiallarini singdirishda qora chiroq qo'shiladi. Xuddi shu maqsadlar uchun bunday materiallarga 3% gacha tabiiy tolalar va ba'zan nozik metall iplar qo'shiladi.