Вакуумдегі электр өрісі

Электр заряды – денелердің немесе бөлшектердің электрмагниттік әрекеттесу қабілетін сипаттайтын физикалық шама.

Элементар заряд – шамасы электронның зарядына тең кішкентай оң немесе тең заряд (е ≈1,6∙10^-19 Кл).

Электр зарядтарының қасиеттері:

- Электр зарядтарының екі түрі бар: оң заряд және теріс. Аттас зарядтар

бір-бірінен тебіледі, әр аттас зарядтар бір-біріне тартылады.

- Электр заряды инвариантты, яғни санақ жүйесінен тәуелсіз.

- Электр заряды дискретті, яғни кез келген дененің немесе элементар

бөлшектің заряды элементар зарядқа бүтін еселі болады.

- Электр заряды аддитивті, яғни денелердің (бөлшектердің) кез келген

тұйық жүйесінің заряды осы жүйеге кіретін бөлшектердің зарядтарының

алгебралық қосындысымен анықталады.

Зарядтардың тұйық жүйесі – сыртқы қоршаған ортамен (денелермен) заряд алмаспайтын жүйе.

Электр зарядының сақталу заңы:Кез келген оқшауланған тұйық жүйеде зарядтардың алгебралық қосындысы осы жүйе ішінде болып жатқан құбылыстарға байланыссыз тұрақты болады.

(96)

Нүктелік заряд–әсерлесетін басқа зарядты денелерге дейінгі ара- қашықтықпен салыстырғанда сызықтық мөлшерін ескермеуге болатын денеде жинақталған заряд.

Кулон заңы:Вакуумде тыныштық күйдегі екі нүктелік және зарядтың өзара әсерлесу күші зарядтарға тура пропорционал, олардың арақашықтығының квадратына кері пропорционал.

, . (97)

Мұнда: бірінші зарядтың өрісінде орналасқан зарядқа, екін-ші зарядтың өрісінде орналасқан зарядқа әсер етуші күш, -бірінші зарядтан зарядқа, екінші зарядтан зарядқа жүргізілген радиус- вектор, r -арақашықтығы, e₀=8,85∙10^-12 Ф/м – электрлік тұрақты.

19-сурет

Электрстатикалық өріс – берілген санақ жүйесінде тыныштық күйдегі электр зарядының өрісі.

Сыншы нүктелік заряд – электрстатикалық өрісті зерттеу үшін қол-данылатын және өрістің қасиетін өзгертпейтін нүктелік оң заряд.

Электр өрісінің кернеулігі – өрістің берілген нүктесінде тыныштық күйдегі сыншы нүктелік зарядқа әсер ететін күшпен анықталатын шама.

. (98)

Электрстатикалық өріс кернеулігінің сызықтары (күш сызықтары)-жанамалары берілген нүктедегі кернеулік векторымен сәйкес келетін сызықтар (20-сурет). Өрістің әр нүктесінде кернеулік векторының бағыты тек біреу, күш сызықтары ешқашан өзара қиылыспайды.

2

1

20-сурет

Электрстатикалық өрістердің суперпозиция принципі:зарядтар жүйесінің электр өрісінің нақты нүктедегі кернеулігі әрбір зарядтың сол нүктеде туғызатын өріс кернеуліктерінің геометриялық қосындысына тең:

. (99)

Электрлік диполь–шамалары тең, l арақашықтығы өріс анықталатын нүктеге дейінгі қашықтықпен салыстырғанда едәуір аз ( ) әр аттас екі +Q және –Q нүктелік зарядтан құралған жүйе .

Дипольдің иіні –дипольдің осі бойымен теріс зарядтан оң зарядқа бағытталған вектор (21-сурет).

Q Q

q^- q⁺

21-сурет.

Дипольдің электрлік моменті (дипольдік момент) –заряд модулі мен иіннің көбейтіндісіне тең, дипольдің иінімен бағыттас шама.

. (100)

Дипольдің электр өрісінің кез келген нүктесінде қортқы кернеулік Q₊ және Q_- зарядтардың өрістерінің кернеуліктерінің векторлық қосындысы-мен анықталады:

Электрстатикалық өріс кернеулігі векторының ағыны–кернеулік сызықтарына перпендикуляр беттің бірлік ауданын тесіп өтетін кернеулік сызықтарының тығыздығын (санын) сипаттайтын шама.

Электрстатикалық өріс кернеулігі векторының элементар ағыны–беттің шексіз аз ауданшасынан өтетін күш сызықтарының саны:

, (101)

dS

α

22-сурет

мұндағы – модулі –ке тең, бағыты ауданшаға жүргізілген бірлік нормальға сәйкес вектор (22-сурет).

Электрстатикалық өріс кернеулігі векторының ауданы S толық беттен өткен ағыныбеттің шексіз аз ауданшаларынан өтетін ағындардың алгебралық қосындысына тең:

. (102)

Вакуумдегі электрстатикалық өріс үшін Остроградский-Гаусс теоремасы:Кез келген тұйық бет арқылы өтетін электр өрісі кернеулігі векторының толық ағыны осы беттің ішінде қоршалған зарядтардың алгебралық қосындысын электрлік тұрақтыға бөлгенге тең болады:

. (103)