Էլեկտրաստատիկա

Էլեկտրական լիցք։
 Lիցքի պահպանման օրենքը։
Լիցքի ընդհատությունը, տարրական լիցք:

Lիցքավորված մասնիկների էլեկտրամագնիսական փոխազդեցության ուժգնությունը կախված է այդ մասնիկների լիցքերից։ Այստեղից կարող ենք եզրակացնել, որ էլեկրական լիցքը, զանգվածի նման, լիցքավորված մասնիկի հիմնական բնութագրերից է։ Եթե մասնիկները լիցք չունեն, ինչպես, օրինակ, նեյտրոնը, ֆոտոնը, ապա էլեկտրամագնիսական ուժերով իրար հետ չեն փոխազդում։ Այդպիսի մասնիկներն անվանում են էլեկտրաչեզոք։

Լիցքավորված մարմինն անվանում են կետային լիցք, եթե տվյալ խնդրի պայմաններում այն կարելի է համարել նյութական կետ։ Հասկանալի է, որ բնության մեջ կետային լիցքեր գոյություն չունեն։ Հայտնի է նաև, որ էլեկտական լիցքն ունի ընդհատ բնույթ․ գոյություն ունի լիցքի նվազագույն քանակ, որն անվանուն են տարրական լիցք։ Տարրական լիցքը սովորաբար նշանակում են e-ով e= 1,6x10^-19 Կլ։ Տարրական լիցք ունեն բոլոր լիցքավորված տարրական մասնիկները։ Մասնավորապես պրոտոնի լիցքը q_p=-e։ Լիցքվորված մարմնի q լիցքը միշտ բազմապատիկ է տարրական լիցքին՝ q=Ne կամ q=-Ne, որտեղ Nը բնական թիվ է։ Ամերիկացի գիտնական Բենջամին Ֆրանկլինը, ինչպես գիտենք, հայտնաբերել է, որ ապակե ձողը մետաքսի կտորով շփելիս ձողին հայտնված դրական լիցքը ճշտորեն հավասար է մետաքսին անցած բացասական լիցքի մոդուլին։ Նշանակում է՝ Էլեկրականացման ժամանակ շփվող մարմինների գումարային լիցքը մնում է նույնը։

Էլեկտրադինամիկայի օրենքներն առավել պարզորեն են արտահայտում,  երբ լիցքավորվված մասնիկներն անշարժ են։ Անշարժ լիցքավորված մասնիկների փոխազդեցությունն անվանում են էլեկտրաստատիկ, իսկ էլեկտրադինամիկայի այն բաժինը, որն ուսումնասիրում է լիցքավորված անշարժ մասնիկների էլեկտրաստատիկ փոխազդեցությունը, կոչվում է էլեկտրաստատիկա։

Եթե փակ համակարգը կազմված է N լիցքավորված մարմիններից, որոնց լիցքերն են՝ q₁,q₂, …q_N, ապա լիցքի պահպանման օրենքը մաթեմատիկորեն կարտահայտվի հետևյալ հավասարությամբ՝ q₁ + q₂ + … + q_N = const

Կուլոնի օրենքը։ Էլեկտրական լիցքի միավորը։

Երկու անշարժ կետային լիցքերի փոխազդեցության օրենքը, փորձերի հիման վրա, հայտնագործել է ֆրանսիացի ֆիզիկոս և ճարտարագետ Շառլ Կուլոնը 1785 թվականին։ Այն Էլեկտրաստատիկայի հիմնական օրենքն է՝ ֆիզիկայի կարևորագույն օրենքներից մեկը, և, ի պատիվ նրա, կոչվում է Կուլոնի օրենք, իսկ անշարժ լիցքավորված մարմինների էլեկտրաստատիկ փոխազդեցության ուժերը՝ կուլոնյան ուժեր։

Նա պատրաստել է ոլորակշեռք, որի օգնությամբ հետազոտել է լիցքավորված գնդիկների էլեկտրական փոխազդեցությունը և չափել այդ փոխազդեցության ուժը,

Ոլորակշեռքի հիմնական տարրը (1) մեկուսիչ լծակն է, որը մեջտեղից կախված է (2) ճկուն, բարակ արծաթալարից, լծակի մի ծայրին ամրացված է ոսկու բարակ շերտով պատված (3) գնդիկը իսկ մյուս ծայրին՝ (4) հակակշիռը՝ լծակը հորիզոնական դիրքում պահելու համար։ Այս ամենը զետեղված է հորզոնական ապակե անոթում։ արծաթալարի վերին ծայրը ամրացված է (5) պտտվող ձողիկին, որի պտտման անկյունը կարելի է ճշտորեն չափել (6) աստիճանավորված սանդղակի միջոցով։ Անոթում կա (3) գնդիկի չափ ևս մեկ հաղորդիչ գնդիկ (7), որը մեկուսից ձողով անշարժ ամրացված է ոլորակշեռքի կապարիչին։ Ապակե անոթի պատին ամրացված (8) սանդղակի միջոցով որոշվում է (3) և (7) գնդիկների հեռավորությունը։

Կուլոնը իր փորձերից մեկի ժամանակ հայտնաբերել է, որ փոխազդեցության ուժերի մոդուլն ուղիղ համեմատական է լիցքերի մոդուլների արտադրյալին՝ f ~ |q₁| |q₂| ։

Հաջորդ քայլում Կուլոնը, անփոփոխ թողնելով գնդիկների q₁ և q₂  լիցքերը, հետազոտել է նրանց փոխազդեցության ուժի F մոդուլի կախումը գնդիկների r հեռավորությունից։

Փորձերից Կուլոնը նկատել է, որ գնդիկների փողազդեցության ուժի մոդուլը հակադարձ համեմատական է նրանց r հեռավորության քառակուսուն՝ F ~ 1/r² :

Միավորելով փորձերից բխող այս երկու արդյունաները՝ Կուլոնը ստացել է՝  F  ~ (|q₁| |q₂|)/r² :

Այս արտահայտության մեջջ համեմատականության նշանը կարող ենք փոխարինել հավասարման նշանով՝ օգտվելով համեմատականության K գործակցից՝ F  ~ K(|q₁| |q₂|)/r²

Երկու անշարժ կետային լիցքեր փոխազդում են այնպիսի ուժերով, որոնք ուղղված են լիցքերը միացնող ուղղի երկայնքով, և որոնց մոդուլն ուղիղ համեմատական է լիցքերի մոդուլների արտադրյալին և հակադարձ համեմատական՝ լիցքերի միջև հեռավորության քառակուսուն։

Լիցքի միավորը։ Կուլոնի հաստատունի արժեքը կախված է լիցքի միավորի ընտրությունից։ Միավորների ՄՀ-ում լիցքի միավորը Կուլոնն է (Կլ)։ 1կլն այն լիցքն է, որը մեկ վարկյանում անցնում է հաղորդչի լայնական հատույթով երբ նրա մեջ հաստատուն հոսանքի ուժը 1 ամպեր է (Ա)։ Սահմանելով լիցքի միավորը՝ կարող ենք որոշել K հաստատունի միավորը և հաշվել նրա արժեքը։  K=  Fr²/(|q₁| |q₂|) :

Միավորների ՄՀ-ում ուժն արտահայտվում է Նյուտոնով, հեռավորությունը՝ մետրով, սկ  լիցքը՝ Կլ-ովվ, ուստի K հաստատունը կարտահայտվի 1Ն x մ² / Կլ² միավորով։

Էլեկտրաստատիկ դաշտ։
Էլեկտրաստատիկ դաշտի լարվածություն։
 Համասեռ Էլեկտաստատիկ դաշտ։

Էլեկտրաստատիկ դաշտը էլեկտրամագնիսական դաշտի դրսևորումներից է, որ գոյություն ունի անշարժ լիցքերը շրջապատող տարածության մեջ, և անխզելիորեն կապված է այդ լիցքերին, այն ժամանակի ընթացքում չի փոփոխվում,  եթե չեն փոփոխվում լիցքերը։

Յուրաքանչյուր անշարժ լիցքավորված մասնիկ, իր էլեկտրաստատիկ դաշտի միջոցով, որոշակի ուժով, որն անվանում ենք էլեկտրաստատիկ կամ Կուլոնյան ուժ, ազդում է մնացած լիցքավորված մասնիկների վրա։ էլեկտրաստատիկ դաշտն անվանում են նաև էլեկտրական դաշտ, իսկ էլեկտրաստատիկ փոխազդեցությունը՝ էլեկտրական փոխազդեցություն։

_          _                 _
F₁/q₁ = F₂/q₂ = … = F_n/q_n = const :

            Էլեկտրական դաշտի լարվածություն են անվանում այն ֆիզիկական մեծությունը, որը հավասար է դաշտի տվյալ կետում տեղադրված փորձնական լիցքի վրա ազդող ուժի և այդ լիցքի հարաբերությանը՝    _     _
                                                  E = F/q

Տարածության տիրույթում բոլոր կետերում եթե Էլեկտրական դաշտի լարվածությունը նույն է ապա դաշտն անվանում ենք համասեռ,

                                                [E] = [F]/[q] = 1Ն/1կլ = 1Ն/կլ

            Տարածության տվյալ կետում լիցքավորված մարմինների համակարգի արդյունարար դաշտի լարվածությունը հավասար է այդ կետում առանձին լիցքավորված մարմինների դաշտերի լարվածությունների վեկտորական գումարին։ Այս պնդումն անվանում են դաշտերի վերադրման սկզբունք։

            Էլեկտրական դաշտի ուժագծեր կամ լարվածության գծեր կոչվում են այն անընդհատ գծերը, որոնց կամայական կետում դաշտի լարվածությունն ուղղված է այդ կետով տարված շոշափովի երկայնքով։ Պայմանականորեն համարում են, որ էլեկրտաստատիկ դաշտի ուժագիծը սկիզբ է առնում դրական լիցքից և բացասական լիցքի վրա։

n = N/S = N/4πr² :

բանաձևից հետևում է, որ կետային լիցքից հեռանալիս ճիշտ նույն կերպ է նվազում նաև էլեկտրական դաշտի լարվածության մոդուլը։ Ուստի՝ E ~  n ։

            Եթե լիցքերի l հեռավորությունը շատ փոքր է այդ լիցքերի և դիտարկվող կետերի միջև r հեռավորությունից, ապա այդպիսի համակարգն անվանում ենք երկբևեռ։  Երկբևեռի դրական լիցքի և բազուկի արտադրյալը կոչվում է բևեռի էլեկտրական մոմենտ, որը սովորաբար նշանակում են  _               _       _
                                                 P_e – ով։     P_e = ql:

Էլեկտրաստատիկ դաշտի պոտենցիալ տարածության տվյալ կետում անվանում են այդ կետում տեղադրված փորձնական լիցքի պոտենցիալ էներգիաի հարաբերությունը լիցքին։ Այն նշանակվում է φ տառով։     φ = W_p/q

Տարածության այն կետը, որտեղ էլեկտրաստատիկ դաշտի պոտենցիալը զրո է, անվանում են պոտենցիալի զրոյական կետ և նշանակում են φ₀ –ով՝ φ₀ = 0

Դիէլեկտիկները կամ մեկուսիչներն այն նյութերն են, որոնց մեջ ազատ լիցքեր չկան։ Դիէլեկտիկները ամբողջությամբ մնալով էլեկտրաչեզոք, ստեղծում է էլեկտրական դաշտ, որի լարվածությունն ուղղված է լիցքավորված ձողի էլեկրական դաշտի լարվածությանը հակառակ։

            Այն մեծությունը, որը ցույց է տալիս թե էլեկտրական դաշտի լարվածության մոդուլը համասեռ դիէլեկրիկի ներսում քանի անգամ է փոքր, քան վակուումում, դիէլեկրիկական թափանցելիություն։

    ε= E₀/E։