Электр өрісінің кернеулік сызықтары. Электрлік ығысу

3 (а) – сурет.

+ + + +

- - - - 3 (б) – сурет.

Электр өрісі кернеулігін сызықтармен кескіндейді. Ол сызықтардың әр нүктесіндегі жанамалар, сол нүктедегі өрістің кернеулігі () векторымен дәл келетін болу керек. Мұндай сызықтар өрістің күш сызықтары немесе кернеулік сызықтары деп аталады (3 а - сурет).

Күш сызықтары оң зарядтардан басталып, теріс зарядтарда немесе шексіздікте аяқталады.

Шамалары бірдей және қарама-қарсы зарядтары бар жазық екі пластинка ара сындағы өрісті кескіндейік. Барлық нүктелердегі кернеулігінің шамасы мен бағыты бірдей болатын өріс біртекті өріс деп аталады. Біртекті өрістің күш сызықтары бір-бірінен бірдей қашықтықта жататын параллель түзулер. 3 б-суретте әр аттас зарядталған екі пластинка арасындағы кернеулік сызықтары бірдей өріспен көрсетілген.

Электрлік ығысу векторы сан жағынан кернеулік векторы Е -нің абсолюттік диэлектрлік өтімділікке () көбейтіндісіне тең болады:

; ал скаляр түрде

Электрлік ығысу Кл/м² - пен өлшенеді. Берілген бір бетті тесіп өтетін электрлік ығысу саны электрлік ығысу векторының ағыны деп аталады.

Кез-келген әртекті өрісте белгілі бір S бетті тесіп өтетін электрлік ығысу ағыны:

Ф=

8. Электростатикалық өріс күштерінің жұмысы. Потенциал.

Электростатикалық өріс (яғни қозғалмайтын зарядтар туғызатын) күштерінің потенциалдығына тікелей көз жеткізейік. Бұл үшін қозғалмайтын нүктелік q зарядтың өрісіндегі күштердің осы өрістегі нүктелік зарядтың орын ауыстыруда істеген жұмысын есептейік. Сонда элементар dl жолдағы істелген жұмыс мынаған тең:

мұндағы, . Бұдан 1-2 жолдағы жұмыс үшін мынадай өрнек шығады:

Осыдан q зарядтың өрісіндегі зарядтың потенциалдық энергиясы:

.

Өрістің берілген нүктесіндегі түрліше сынақ зарядтардың т.б. энергиялары түрліше , т.б. болады. Алайда, / q қатынасы барлық зарядтар үшін бірдей болады:

Нүктелік заряд өрістің потенциалы:

Потенциалы болатын өрістің нүктесіндегі зарядтың потенциалдық энергиясы:

Өріс күштерінің зарядқа істеген жұмысы зарядшамасын бастапқы және ақырғы нүктелердегі потенциалдар айырмасына көбейткенге тең:

Егер q заряды потенциалы болып келген нүктеден шексіздікке қашықтатылса (потенциалы нөлге тең жерде), өріс күшінің жұмысы мынаған тең: Потенциалдың вольт (В) деп аталатын СИ бірлігі үшін 1 кулонға тең зарядты шексіздіктен осындай нүктеге алып келгенде 1дж жұмыс істеу қажет болатын потенциалы алынады: 1дж=1к*1 В бұдан 1 В = .

1эв=1.60*10^-19к*1в=1.60*10^-19дж=1.60*10^-12эрг

Сондай-ақ электронвольтке еселік бірліктер пайдаланылады:

1кэв(килоэлектронвольт)=10³эв

1мэв(мегаэлектронвольт)=10⁶эв

1гэв(гигаэлектронвольт)=10⁹эв

9. Электр өрісі кернеулігі мен потенциал арасындағы байланыс.

Электр өрісін не векторлық шама Е арқылы, не скаляр шама арқылы сипаттауға болады. Шынында, өріс күштерінің q зарядқа жол кесіндісіне істеген жұмысы бір жағынан q , екінші жағынан зарядтың потенциялық энергиясының кемуі түрінде, яғни -d(q ) =- q түрінде көрсетілуі мүмкін. Бұл өрнектерді теңестіру ақылы мынаны аламыз: .

мұндағы арқылы кеңістікте еркін таңдап алынған бағыт белгіленген. Дербес жағдайда, , , .

Осыдан: Е=i

Жақшаның ішіндегі өрнек скалярдың градиенті (grad ) деп аталады.

Градиенттің белгілеуін пайдаланып, былай жазуға болады: Е=-grad .

Сөйтіп, электр өрісінің кернеулігі кері таңбамен алынған потенциалдың градиентіне тең.

10. Эквипотенциал беттер.

Өрісті көрнекті кескіндеу үшін кернеуліктер сызығының орнына потенциалдары бірдей беттерді немесе эквипотенциал беттерді пайдалануға болады.Атының өзі айтып тұрғандай, эквипотенциал бет-бұл барлық нүктелерінің потенциалы бірдей бет. Егер бет х,у,z функциясы түрінде берілсе,онда эквипотенциал беттің теңдеуі мына түрде болады:

Эквипотенциал бетке жүргізілген нормальдің бағыты сол нүктедегі Е векторының бағытымен дәл келеді.

Эквипотенциал бетті өрістің кез келген нүктесі арқылы жүргізуге болады.

11. Диэлектриктердегі электр өрісі. Полярлы және полярлы емес молекулалар.

Диэлектриктер - электр өткізбейтін заттар оң зарядтар мен теріс зарядтары тең мөлшерде болып келетін молекулалардан немесе диэлектрик ішінде емін еркін қозғала алмайтын иондардан тұрады.

Сыртқы электр өрісі болмаған кезде оң және теріс зарядтардың ауырлық центрлері бір-біріне қатысты дәл келуі де немесе ығысқан болуы да мүмкін. Соңғы жағдайда молекула электр дипольге эквивалентті болады да полярлық деп аталады. Полярлық молекуланың меншікті электрлік моменті: Р=ql. Өлшем бірлігі: .

Өріс жоқ болғанда әр таңбалы зарядтардың ауырлық центрлері біріккен, меншікті электрлік моменттерге ие болмайтын молекулалар полюссіз деп аталады. Сыртқы электр өрісінің әсерінен полюссіз молекулалардағы зарядтар бір–бірімен салыстырғанда оң зардтар өріс бағытымен, терістері өріске қарсы ығысады. Рационалданған системада пропорционалдық коэффицентті түрінде жазамыз, мұндағы -электрлік тұрақты, ал -молекуланың полюстену қабілеті. p мен E бағыттары дәл келетіндігін ескере отырып былай жазуға болады: Р = .

Полюсті емес молекуланың полюстену процесі молекуланың оң және теріс зарядтары өз ара серпімді күштермен байланысқандағыдай болады. Сондықтан полюсті емес молекула сыртқы өрісте өзін серпімді диполь сияқты көрсетеді.

Полюстік молекулаға сыртқы өрістің әсері негізінде молекуланы оның электрлік моменті өріс бағыты бойынша орналасатындай бұруға тырысады. Электрлік моменттің шамасына сыртқы өріс іс жүзінде әсер етпейді. Демек, полюстік молекула сыртқы өрісте өзін қатаң диполь ретінде ұстайды.

Дипольдің моменті мынаған тең: .

12. Диэлектриктердің поляризациялануы.

Сыртқы өрістің әсерінен диэлектрик поляризацияланады. Мүның өзі диэлектриктің қорытқы электрлік моменті нольден өзгеше болады деген сөз.

Егер өріс немесе диэлектрик біртекті болмаса, диэлектриктің түрліше нүктелеріндегі поляризациялану дәрежесі әр түрлі болады. Берілген нүктедегі

поляризациялануды сипаттау үшін, осы нүктені қамтитын физикалық шексіз кішкентай көлемді бөліп алу керек. Осы көлемдегі молекулалар моменттерінің қосындысы тауып, мына қатынасты аламыз: .

Бұл формуламен анықталатын р шамасы диэлектриктің поляризациялану векторы деп аталады. Диэлектриктің кез-келген түрінің поляризациялану векторы сол нүктедегі өріс кернеулігімен қарапайым қатынаспен байланысқан: .

мұндағы - диэлектрлік өтімділік деп аталатын Е -ге тәуелсіз шама. -өлшемсіз шама.