قدرت میدان مشخص می شود. قدرت میدان الکتریکی اصل برهم نهی میدان – هایپرمارکت دانش

قبل از اینکه بفهمید چگونه تنش را تعیین کنید میدان الکتریکی، درک ماهیت این پدیده ضروری است.

خواص میدان الکتریکی

بارهای متحرک و ثابت در ایجاد میدان الکتریکی شرکت می کنند. حضور میدان در تأثیر نیرومند آن بر آنها آشکار می شود. علاوه بر این، میدان قادر به ایجاد القای بارهای واقع در سطح هادی ها است. هنگامی که میدانی توسط بارهای ثابت ایجاد می شود، میدان الکتریکی ساکن در نظر گرفته می شود. نام دیگر میدان الکترواستاتیک است. یکی از انواع است میدان الکترومغناطیسی، که با کمک آن تمام فعل و انفعالات نیرو بین ذرات باردار رخ می دهد.

قدرت میدان الکتریکی چگونه اندازه گیری می شود؟

کشش یک کمیت برداری است که بر ذرات باردار نیرو وارد می کند. قدر به عنوان نسبت نیروی هدایت شده از سمت آن به بزرگی بار الکتریکی آزمایش نقطه ای در یک نقطه خاص در این میدان تعریف می شود. یک بار الکتریکی آزمایشی به طور خاص به میدان الکتریکی وارد می شود تا بتوان شدت آن را محاسبه کرد.

علاوه بر تئوری، روش های عملی برای تعیین شدت میدان الکتریکی وجود دارد:

1. در یک میدان الکتریکی دلخواه، لازم است جسمی حاوی بار الکتریکی گرفته شود. ابعاد این جسم باید کوچکتر از ابعاد جسمی باشد که به کمک آن میدان الکتریکی ایجاد می شود. برای این منظور می توانید از یک توپ فلزی کوچک با بار الکتریکی استفاده کنید. لازم است بار توپ را با استفاده از الکترومتر اندازه گیری کرد و آن را در زمین قرار داد. نیروی وارد بر توپ باید با دینامومتر متعادل شود. پس از این، قرائت های بیان شده بر حسب نیوتن از دینامومتر گرفته می شود. اگر مقدار نیرو بر مقدار شارژ تقسیم شود، مقدار ولتاژ را بر حسب ولت/متر دریافت می کنید.
2. قدرت میدان در یک نقطه خاص، در فاصله ای دور از بار، ابتدا با اندازه گیری فاصله بین آنها تعیین می شود. سپس، مقدار بر مجذور فاصله حاصل تقسیم می شود. ضریب 9*10^9 به نتیجه به دست آمده اعمال می شود.
3. در خازن، تعیین ولتاژ با اندازه گیری ولتاژ بین صفحات آن با استفاده از یک ولت متر شروع می شود. بعد، شما باید فاصله بین صفحات را اندازه گیری کنید. مقدار بر حسب ولت بر فاصله بین صفحات بر حسب متر تقسیم می شود. نتیجه به دست آمده مقدار قدرت میدان الکتریکی خواهد بود.

تنشمیدان الکتریکی یک کمیت برداری است، به این معنی که یک مقدار و جهت عددی دارد. بزرگی شدت میدان الکتریکی ابعاد خاص خود را دارد که به روش محاسبه آن بستگی دارد.

نیروی الکتریکی برهمکنش بین بارها به شرح زیر است اقدام غیر تماسیبه عبارت دیگر عمل دوربرد یعنی عمل در فاصله صورت می گیرد. برای توصیف چنین عمل دوربردی، راحت است مفهوم میدان الکتریکی را معرفی کنیم و به کمک آن عمل را از راه دور توضیح دهیم.

بیایید یک بار الکتریکی را در نظر بگیریم که آن را با علامت نشان می دهیم س. این بار الکتریکی میدان الکتریکی ایجاد می کند، یعنی منبع نیرو است. از آنجایی که در جهان همیشه حداقل یک بار مثبت و حداقل یک بار منفی وجود دارد که در هر فاصله، حتی بی‌نهایت دور، بر یکدیگر اثر می‌کنند، پس هر باری منبع قدرت، به این معنی که مناسب است میدان الکتریکی ایجاد شده را توصیف کنیم. در مورد ما، اتهام ساست منبعمیدان الکتریکی و ما آن را دقیقاً به عنوان منبع میدان در نظر خواهیم گرفت.

قدرت میدان الکتریکی منبعبار را می توان با استفاده از هر بار دیگری که در جایی در مجاورت آن قرار دارد اندازه گیری کرد. باری که برای اندازه گیری شدت میدان الکتریکی استفاده می شود نامیده می شود شارژ تست، زیرا برای آزمایش قدرت میدان استفاده می شود. شارژ آزمایشی مقدار مشخصی شارژ دارد و با علامت نشان داده می شود q.

وقتی قرار می گیرد محاکمهشارژ به میدان الکتریکی منبع قدرت( شارژ س), محاکمهبار، عمل یک نیروی الکتریکی را تجربه خواهد کرد - یا جاذبه یا دافعه. نیرو را می توان همانطور که معمولاً در فیزیک پذیرفته شده است با نماد نشان داد اف. سپس بزرگی میدان الکتریکی را می توان به سادگی به عنوان نسبت نیرو به قدر تعریف کرد. محاکمهشارژ

اگر شدت میدان الکتریکی با علامت نشان داده شود E، سپس معادله را می توان به شکل نمادین بازنویسی کرد

واحدهای متریک استاندارد برای اندازه گیری شدت میدان الکتریکی از تعریف آن ناشی می شوند. بنابراین، شدت میدان الکتریکی به عنوان نیرویی برابر با 1 تعریف می شود نیوتن(H) تقسیم بر 1 آویز(کل). شدت میدان الکتریکی بر حسب اندازه گیری می شود نیوتن/کولنیا در غیر این صورت N/Kl. در سیستم SI نیز اندازه گیری می شود ولت متر. برای درک ماهیت چنین موضوعی، بعد در سیستم متریک چقدر مهمتر است N/C، زیرا این بعد منشا مشخصه ای مانند قدرت میدان را منعکس می کند. نماد ولت/متر مفهوم پتانسیل میدان (Volt) را اساسی می کند، که در برخی مناطق مفید است، اما نه در همه.

مثال بالا شامل دو شارژ است س (منبع) و q محاکمه. هر دوی این بارها منبع نیرو هستند، اما کدام یک باید در فرمول بالا استفاده شود؟ فقط یک شارژ در فرمول وجود دارد و آن هم است محاکمهشارژ q(منبع نیست).

به کمیت بستگی ندارد محاکمهشارژ q. اگر واقعاً به آن فکر کنید، ممکن است در نگاه اول گیج کننده به نظر برسد. مشکل این است که همه عادت مفید فکر کردن را ندارند و در جهل به اصطلاح سعادتمندانه باقی می مانند. اگر فکر نمی کنید، پس این نوع سردرگمی نخواهید داشت. پس چگونه قدرت میدان الکتریکی به آن بستگی ندارد q، اگر qموجود در معادله؟ سوال عالی! اما اگر کمی فکر کنید می توانید به این سوال پاسخ دهید. افزایش در مقدار محاکمهشارژ q- مثلاً 2 برابر - مخرج معادله نیز 2 برابر افزایش می یابد. اما مطابق با قانون کولن، افزایش بار باعث افزایش متناسب نیروی تولید شده نیز می شود اف. شارژ 2 برابر افزایش می یابد، سپس قدرت افبه همان میزان افزایش خواهد یافت. از آنجایی که مخرج معادله به ضریب دو (یا سه یا چهار) افزایش می یابد، صورت به همان مقدار افزایش می یابد. این دو تغییر یکدیگر را خنثی می کنند، بنابراین به جرات می توان گفت که شدت میدان الکتریکی به مقدار آن بستگی ندارد محاکمهشارژ

بنابراین، مهم نیست که چند محاکمهشارژ qاستفاده شده در معادله، قدرت میدان الکتریکی Eدر هر نقطه در اطراف شارژ س (منبع) هنگام اندازه گیری یا محاسبه یکسان خواهد بود.

درباره فرمول شدت میدان الکتریکی بیشتر بدانید

در بالا به تعریف شدت میدان الکتریکی در نحوه اندازه گیری آن پرداختیم. اکنون سعی خواهیم کرد معادله دقیق تری را با متغیرها بررسی کنیم تا ماهیت محاسبه و اندازه گیری شدت میدان الکتریکی را با وضوح بیشتری تصور کنیم. از معادله دقیقاً می توانیم ببینیم چه چیزی تحت تأثیر قرار می گیرد و چه چیزی تأثیر نمی گذارد. برای این کار ابتدا باید به معادله قانون کولن برگردیم.

قانون کولم می گوید نیروی الکتریکی Fبین دو بار با حاصل ضرب تعداد این بارها نسبت مستقیم و با مجذور فاصله بین مراکز آنها نسبت معکوس دارد.

اگر دو بار خود را به معادله قانون کولن اضافه کنیم س (منبع) و q (محاکمهشارژ)، سپس ورودی زیر را دریافت می کنیم:

اگر عبارت برای نیروی الکتریکی افچگونه تعیین می شود قانون کولمبجایگزین در معادله برای قدرت میدان الکتریکی Eکه در بالا آورده شده است، سپس معادله زیر را بدست می آوریم:

توجه داشته باشید که محاکمهشارژ qکاهش یافت، یعنی هم از صورت و هم از مخرج حذف شد. فرمول جدید برای قدرت میدان الکتریکی Eقدرت میدان را بر حسب دو متغیر موثر بر آن بیان می کند. قدرت میدان الکتریکیبستگی به مقدار شارژ اولیه دارد سو از دوری این شارژ دبه نقطه ای از فضا، یعنی مکانی هندسی که در آن مقدار کشش تعیین می شود. بنابراین، ما این فرصت را داریم که میدان الکتریکی را از طریق شدت آن مشخص کنیم.

قانون مربع معکوس

مانند همه فرمول‌های فیزیک، از فرمول‌های قدرت میدان الکتریکی نیز می‌توان استفاده کرد جبریحل مسائل (مشکلات) فیزیک. درست مانند هر فرمول دیگری در نماد جبری آن، می توانید فرمول قدرت میدان الکتریکی را مطالعه کنید. چنین تحقیقاتی به درک عمیق تر از ماهیت یک پدیده فیزیکی و ویژگی های این پدیده کمک می کند. یکی از ویژگی های فرمول شدت میدان این است که رابطه درجه دوم معکوس بین قدرت میدان الکتریکی و فاصله تا نقطه ای در فضا از منبع میدان را نشان می دهد. قدرت میدان الکتریکی ایجاد شده در منبع بار سبا مجذور فاصله از منبع نسبت معکوس دارد. در غیر این صورت می گویند که مقدار مورد نظر با مربع نسبت معکوس دارد .

شدت میدان الکتریکی به موقعیت هندسی در فضا بستگی دارد و با افزایش فاصله مقدار آن کاهش می یابد. بنابراین، برای مثال، اگر فاصله 2 برابر افزایش یابد، شدت آن 4 برابر (2 2) کاهش می یابد، اگر فواصل بین 2 برابر کاهش یابد، قدرت میدان الکتریکی 4 برابر افزایش می یابد (2 2). اگر فاصله 3 برابر افزایش یابد، قدرت میدان الکتریکی 9 برابر کاهش می یابد (3 2). اگر فاصله 4 برابر افزایش یابد، قدرت میدان الکتریکی 16 کاهش می یابد (4 2).

جهت بردار شدت میدان الکتریکی

همانطور که قبلا ذکر شد، قدرت میدان الکتریکی یک کمیت برداری است. برخلاف کمیت اسکالر، کمیت برداری به طور کامل توصیف نمی شود مگر اینکه جهت آن مشخص شده باشد. بزرگی بردار میدان الکتریکی به عنوان بزرگی نیرو در هر یک محاسبه می شود محاکمهبار واقع در میدان الکتریکی

نیروی وارد بر محاکمهشارژ را می توان به سمت منبع شارژ یا مستقیماً دور از آن هدایت کرد. جهت دقیق نیرو به نشانه های بار آزمایشی و منبع بار بستگی دارد که آیا آنها علامت بار یکسانی دارند (دفعه رخ می دهد) یا علائم آنها مخالف است (جاذب رخ می دهد). برای حل مشکل جهت بردار میدان الکتریکی، چه به سمت منبع باشد و چه به سمت دور از منبع، قوانینی اتخاذ شد که توسط همه دانشمندان جهان استفاده می شود. طبق این قوانین، جهت بردار همیشه از یک بار با علامت قطبی مثبت است. این را می توان به شکل خطوط نیرو نشان داد که از بارهای علائم مثبت خارج می شوند و بارهای علائم منفی را وارد می کنند.

هدف درس:مفهوم قدرت میدان الکتریکی و تعریف آن را در هر نقطه از میدان ارائه دهید.

اهداف درس:

• شکل گیری مفهوم قدرت میدان الکتریکی؛ مفهوم خطوط کششی و نمایش گرافیکی میدان الکتریکی را ارائه دهید.
• به دانش آموزان بیاموزید که از فرمول E=kq/r 2 در حل مسائل ساده محاسبه کشش استفاده کنند.

میدان الکتریکی است شکل خاصماده ای که وجود آن را فقط با عمل آن می توان قضاوت کرد. به طور تجربی ثابت شده است که دو نوع بار وجود دارد که در اطراف آنها میدان های الکتریکی وجود دارد که با خطوط نیرو مشخص می شوند.

هنگام ترسیم میدان به صورت گرافیکی، باید به خاطر داشت که خطوط شدت میدان الکتریکی:

1. در هیچ کجا با یکدیگر تلاقی نکنید.
2. شروعی روی بار مثبت (یا در بینهایت) و پایانی روی بار منفی (یا در بینهایت) دارند، یعنی خطوط باز هستند.
3. بین اتهامات هیچ جا قطع نمی شود.

شکل 1

خطوط شارژ مثبت:

شکل 2

خطوط شارژ منفی:

شکل 3

خطوط میدان بارهای متقابل با همین نام:

شکل 4

خطوط میدان بارهای متقابل متقابل:

شکل 5

مشخصه قدرت میدان الکتریکی شدت است که با حرف E نشان داده می شود و دارای واحدهای اندازه گیری یا است. کشش یک کمیت برداری است، زیرا با نسبت نیروی کولن به مقدار یک واحد بار مثبت تعیین می شود.

در نتیجه تبدیل فرمول قانون کولن و فرمول شدت، وابستگی قدرت میدان به فاصله ای که در آن نسبت به بار معین تعیین می شود داریم.

کجا: ک- ضریب تناسب که مقدار آن به انتخاب واحدهای بار الکتریکی بستگی دارد.

در سیستم SI N m 2 / Cl 2،

که در آن ε 0 ثابت الکتریکی برابر با 8.85·10 -12 C 2 /N m 2 است.

q - بار الکتریکی (C)؛

r فاصله شارژ تا نقطه ای است که ولتاژ در آن تعیین می شود.

جهت بردار کشش با جهت نیروی کولن منطبق است.

میدان الکتریکی که قدرت آن در تمام نقاط فضا یکسان باشد یکنواخت نامیده می شود. در یک منطقه محدود از فضا، اگر شدت میدان در این ناحیه کمی تغییر کند، میدان الکتریکی را می توان تقریباً یکنواخت در نظر گرفت.

مجموع قدرت میدان چند بار متقابل برابر خواهد بود جمع هندسیبردارهای کشش، که اصل برهم نهی میدان است:

بیایید چند مورد از تعیین تنش را در نظر بگیریم.

1. اجازه دهید دو بار مخالف برهم کنش داشته باشند. بیایید یک نقطه بار مثبت بین آنها قرار دهیم، سپس در این نقطه دو بردار ولتاژ وجود دارد که در یک جهت هدایت می شوند:

بر اساس اصل برهم نهی میدان، شدت میدان کل در یک نقطه معین برابر است با مجموع هندسی بردارهای قدرت E 31 و E 32.

کشش در یک نقطه مشخص با فرمول تعیین می شود:

E = kq 1 / x 2 + kq 2 / (r - x) 2

جایی که: r - فاصله بین شارژ اول و دوم.

x فاصله بین بار اول و نقطه است.

شکل 6

2. موردی را در نظر بگیرید که لازم است ولتاژ را در نقطه ای با فاصله a از شارژ دوم پیدا کنید. اگر در نظر بگیریم که میدان بار اول از میدان بار دوم بیشتر است، شدت در یک نقطه معین از میدان برابر است با اختلاف هندسی در شدت E 31 و E 32.

فرمول کشش در یک نقطه مشخص به صورت زیر است:

E = kq1/(r + a) 2 – kq 2 /a 2

جایی که: r - فاصله بین بارهای متقابل.

a فاصله بین بار دوم و نقطه است.

شکل 7

3. مثالی را در نظر می گیریم که لازم است شدت میدان را در فاصله معینی از هر دو بار اول و دوم تعیین کنیم، در این مورد در فاصله r از بار اول و در فاصله b از بار دوم. از آنجایی که بارهای مشابه دفع می‌شوند و برخلاف بارها جذب می‌شوند، دو بردار کششی داریم که از یک نقطه سرچشمه می‌گیرند، پس برای جمع کردن آنها می‌توانیم روش را در گوشه مقابل متوازی الاضلاع اعمال کنیم. ما مجموع جبری بردارها را از قضیه فیثاغورث پیدا می کنیم:

E = (E 31 2 + E 32 2) 1/2

از این رو:

E = ((kq 1 / r 2) 2 + (kq 2 / b 2) 2) 1/2

شکل 8

بر اساس این کار، نتیجه می شود که شدت در هر نقطه از میدان را می توان با دانستن مقدار بارهای متقابل، فاصله هر بار تا یک نقطه معین و ثابت الکتریکی تعیین کرد.

4. تقویت موضوع.

کار تست.

گزینه شماره 1.

1. این عبارت را ادامه دهید: «الکترواستاتیک است...

2. عبارت را ادامه دهید: میدان الکتریکی…

3. خطوط میدان شدت این بار چگونه هدایت می شوند؟

4. علائم اتهامات را مشخص کنید:

5. بردار کشش را نشان دهید.

تکالیف خانه:

1. دو بار q 1 = +3·10 -7 C و q 2 = -2·10 -7 C در یک خلاء در فاصله 0.2 متر از یکدیگر قرار دارند. قدرت میدان را در نقطه C، واقع در خط اتصال بارها، در فاصله 0.05 متری سمت راست شارژ q 2 تعیین کنید.

2. در نقطه معینی از میدان، یک بار 5·10 -9 درجه سانتیگراد با نیروی 3·10 -4 نیوتن وارد می شود. قدرت میدان را در این نقطه پیدا کنید و مقدار بار ایجاد کننده میدان را تعیین کنید. اگر نقطه 0.1 متر از آن فاصله داشته باشد.

>> فیزیک: قدرت میدان الکتریکی. اصل برهم نهی میدان

اثبات وجود میدان الکتریکی کافی نیست. لازم است یک ویژگی کمی از رشته معرفی شود. پس از این می توان میدان های الکتریکی را با یکدیگر مقایسه کرد و خواص آنها را ادامه داد.
یک میدان الکتریکی توسط نیروهایی که بر یک بار وارد می شوند تشخیص داده می شود. می توان استدلال کرد که اگر نیروی وارد بر هر بار در هر نقطه از میدان را بدانیم، همه چیزهایی را که در مورد میدان نیاز داریم می دانیم.
بنابراین، لازم است یک ویژگی از رشته را معرفی کنیم که شناخت آن به ما امکان می دهد تا این نیرو را تعیین کنیم.
اگر به طور متناوب اجسام باردار کوچک را در یک نقطه از میدان قرار دهید و نیروها را اندازه گیری کنید، خواهید دید که نیروی وارد بر بار از میدان با این بار نسبت مستقیم دارد. در واقع، اجازه دهید میدان توسط یک شارژ نقطه ای ایجاد شود q 1. طبق قانون کولن (14.2) در مورد اتهام q 2نیرویی متناسب با بار وجود دارد q 2. بنابراین، نسبت نیروی وارد بر بار وارد شده در یک نقطه معین از میدان به این بار برای هر نقطه در میدان، به بار بستگی ندارد و می تواند به عنوان مشخصه میدان در نظر گرفته شود. این مشخصه قدرت میدان الکتریکی نامیده می شود. مانند نیرو، قدرت میدان است کمیت برداری; با حرف مشخص می شود. اگر باری که در یک فیلد قرار می گیرد با نشان داده شود qبه جای q 2، سپس کشش برابر خواهد بود با:

شدت میدان در یک نقطه معین برابر است با نسبت نیرویی که میدان روی بار نقطه ای قرار گرفته در این نقطه به این بار وارد می کند.
از این رو نیرویی که بر بار وارد می شود qاز سمت میدان الکتریکی برابر است با:

جهت بردار با جهت نیروی وارد بر بار مثبت منطبق است و خلاف جهت نیروی وارد بر بار منفی است.
قدرت میدان بار نقطه ای.بیایید قدرت میدان الکتریکی ایجاد شده توسط یک بار نقطه ای را پیدا کنیم q 0. طبق قانون کولن، این بار بر روی یک بار مثبت عمل خواهد کرد qبا نیرویی برابر با

مدول قدرت میدان یک بار نقطه ای q 0در فاصله rبرابر است با:

بردار شدت در هر نقطه از میدان الکتریکی در امتداد خط مستقیمی است که این نقطه و بار را به هم متصل می کند. شکل 14.7) و با نیروی وارد بر یک بار مثبت نقطه ای که در یک نقطه معین قرار می گیرد منطبق است.

اصل برهم نهی میدان. اگر چندین نیرو بر جسمی وارد شود، طبق قوانین مکانیک، نیروی حاصله برابر است با مجموع هندسی این نیروها:

بارهای الکتریکی توسط نیروهای میدان الکتریکی وارد می شوند. اگر وقتی میدان‌های چند بار روی هم قرار می‌گیرند، این میدان‌ها هیچ تأثیری بر یکدیگر ندارند، نیروی حاصل از همه میدان‌ها باید برابر با مجموع هندسی نیروهای هر میدان باشد. تجربه نشان می دهد که این دقیقاً همان چیزی است که در واقعیت اتفاق می افتد. این بدان معنی است که نقاط قوت میدان از نظر هندسی جمع می شوند.
اگر در نقطه معینی از فضا ذرات باردار مختلف میدان های الکتریکی ایجاد کنند که قدرت آنها و غیره، سپس قدرت میدان حاصل در این نقطه برابر است با مجموع نقاط قوت این میدان ها:

علاوه بر این، قدرت میدان ایجاد شده توسط یک بار منفرد به گونه ای تعیین می شود که گویی هیچ بار دیگری ایجاد کننده میدان نیست.
به لطف اصل برهم نهی، برای یافتن قدرت میدان یک سیستم از ذرات باردار در هر نقطه، کافی است بیان (9/14) را برای شدت میدان بار نقطه ای بدانیم. شکل 14.8 نشان می دهد که چگونه قدرت میدان در یک نقطه تعیین می شود الف، ایجاد شده توسط دو بار شارژ q 1و q 2، q 1 > q 2

معرفی میدان الکتریکی به ما اجازه می دهد تا مسئله محاسبه نیروهای برهمکنش ذرات باردار را به دو قسمت تقسیم کنیم. ابتدا قدرت میدان ایجاد شده توسط بارها محاسبه می شود و سپس نیروها از روی قدرت شناخته شده تعیین می شوند. این تقسیم مسئله به قطعات معمولاً محاسبات نیرو را آسان‌تر می‌کند.

???
1. شدت میدان الکتریکی چیست؟
2. قدرت میدان بار نقطه ای چقدر است؟
3. قدرت میدان بار q 0 چگونه هدایت می شود اگر q 0>0 ? اگر q 0<0 ?
4. اصل برهم نهی میدان چگونه فرموله می شود؟

G.Ya.Myakishev، B.B.Bukhovtsev، N.N.Sotsky، فیزیک کلاس دهم

محتوای درس یادداشت های درسیفن آوری های تعاملی روش های شتاب ارائه درس فریم پشتیبانی می کند تمرین کنید کارها و تمرین ها کارگاه های خودآزمایی، آموزش ها، موارد، کوئست ها سوالات بحث تکلیف سوالات بلاغی از دانش آموزان تصاویر صوتی، کلیپ های ویدئویی و چند رسانه ایعکس، عکس، گرافیک، جداول، نمودار، طنز، حکایت، جوک، کمیک، تمثیل، گفته ها، جدول کلمات متقاطع، نقل قول افزونه ها چکیده هاترفندهای مقاله برای گهواره های کنجکاو کتاب های درسی پایه و اضافی فرهنگ لغات اصطلاحات دیگر بهبود کتب درسی و دروستصحیح اشتباهات کتاب درسیبه روز رسانی یک قطعه در کتاب درسی، عناصر نوآوری در درس، جایگزینی دانش منسوخ شده با دانش جدید فقط برای معلمان درس های کاملبرنامه تقویم برای سال دروس تلفیقی

اگر اصلاحات یا پیشنهادی برای این درس دارید،

تنشمیدان الکتریکی یک کمیت برداری است، به این معنی که یک مقدار و جهت عددی دارد. بزرگی شدت میدان الکتریکی ابعاد خاص خود را دارد که به روش محاسبه آن بستگی دارد.

نیروی الکتریکی برهمکنش بارها به عنوان یک عمل غیر تماسی توصیف می شود و به عبارت دیگر، عمل دوربرد، یعنی عمل در فاصله صورت می گیرد. برای توصیف چنین عمل دوربردی، راحت است مفهوم میدان الکتریکی را معرفی کنیم و به کمک آن عمل را از راه دور توضیح دهیم.

بیایید یک بار الکتریکی را در نظر بگیریم که آن را با علامت نشان می دهیم س. این بار الکتریکی میدان الکتریکی ایجاد می کند، یعنی منبع نیرو است. از آنجایی که در جهان همیشه حداقل یک بار مثبت و حداقل یک بار منفی وجود دارد که در هر فاصله، حتی بی‌نهایت دور، بر یکدیگر اثر می‌کنند، پس هر باری منبع قدرت، به این معنی که مناسب است میدان الکتریکی ایجاد شده را توصیف کنیم. در مورد ما، اتهام ساست منبعمیدان الکتریکی و ما آن را دقیقاً به عنوان منبع میدان در نظر خواهیم گرفت.

قدرت میدان الکتریکی منبعبار را می توان با استفاده از هر بار دیگری که در جایی در مجاورت آن قرار دارد اندازه گیری کرد. باری که برای اندازه گیری شدت میدان الکتریکی استفاده می شود نامیده می شود شارژ تست، زیرا برای آزمایش قدرت میدان استفاده می شود. شارژ آزمایشی مقدار مشخصی شارژ دارد و با علامت نشان داده می شود q.

وقتی قرار می گیرد محاکمهشارژ به میدان الکتریکی منبع قدرت( شارژ س), محاکمهبار، عمل یک نیروی الکتریکی را تجربه خواهد کرد - یا جاذبه یا دافعه. نیرو را می توان همانطور که معمولاً در فیزیک پذیرفته شده است با نماد نشان داد اف. سپس بزرگی میدان الکتریکی را می توان به سادگی به عنوان نسبت نیرو به قدر تعریف کرد. محاکمهشارژ

اگر شدت میدان الکتریکی با علامت نشان داده شود E، سپس معادله را می توان به شکل نمادین بازنویسی کرد

واحدهای متریک استاندارد برای اندازه گیری شدت میدان الکتریکی از تعریف آن ناشی می شوند. بنابراین، شدت میدان الکتریکی به عنوان نیرویی برابر با 1 تعریف می شود نیوتن(H) تقسیم بر 1 آویز(کل). شدت میدان الکتریکی بر حسب اندازه گیری می شود نیوتن/کولنیا در غیر این صورت N/Kl. در سیستم SI نیز اندازه گیری می شود ولت متر. برای درک ماهیت چنین موضوعی، بعد در سیستم متریک چقدر مهمتر است N/C، زیرا این بعد منشا مشخصه ای مانند قدرت میدان را منعکس می کند. نماد ولت/متر مفهوم پتانسیل میدان (Volt) را اساسی می کند، که در برخی مناطق مفید است، اما نه در همه.

مثال بالا شامل دو شارژ است س (منبع) و q محاکمه. هر دوی این بارها منبع نیرو هستند، اما کدام یک باید در فرمول بالا استفاده شود؟ فقط یک شارژ در فرمول وجود دارد و آن هم است محاکمهشارژ q(منبع نیست).

به کمیت بستگی ندارد محاکمهشارژ q. اگر واقعاً به آن فکر کنید، ممکن است در نگاه اول گیج کننده به نظر برسد. مشکل این است که همه عادت مفید فکر کردن را ندارند و در جهل به اصطلاح سعادتمندانه باقی می مانند. اگر فکر نمی کنید، پس این نوع سردرگمی نخواهید داشت. پس چگونه قدرت میدان الکتریکی به آن بستگی ندارد q، اگر qموجود در معادله؟ سوال عالی! اما اگر کمی فکر کنید می توانید به این سوال پاسخ دهید. افزایش در مقدار محاکمهشارژ q- مثلاً 2 برابر - مخرج معادله نیز 2 برابر افزایش می یابد. اما مطابق با قانون کولن، افزایش بار باعث افزایش متناسب نیروی تولید شده نیز می شود اف. شارژ 2 برابر افزایش می یابد، سپس قدرت افبه همان میزان افزایش خواهد یافت. از آنجایی که مخرج معادله به ضریب دو (یا سه یا چهار) افزایش می یابد، صورت به همان مقدار افزایش می یابد. این دو تغییر یکدیگر را خنثی می کنند، بنابراین به جرات می توان گفت که شدت میدان الکتریکی به مقدار آن بستگی ندارد محاکمهشارژ

بنابراین، مهم نیست که چند محاکمهشارژ qاستفاده شده در معادله، قدرت میدان الکتریکی Eدر هر نقطه در اطراف شارژ س (منبع) هنگام اندازه گیری یا محاسبه یکسان خواهد بود.

درباره فرمول شدت میدان الکتریکی بیشتر بدانید

در بالا به تعریف شدت میدان الکتریکی در نحوه اندازه گیری آن پرداختیم. اکنون سعی خواهیم کرد معادله دقیق تری را با متغیرها بررسی کنیم تا ماهیت محاسبه و اندازه گیری شدت میدان الکتریکی را با وضوح بیشتری تصور کنیم. از معادله دقیقاً می توانیم ببینیم چه چیزی تحت تأثیر قرار می گیرد و چه چیزی تأثیر نمی گذارد. برای این کار ابتدا باید به معادله قانون کولن برگردیم.

قانون کولم می گوید نیروی الکتریکی Fبین دو بار با حاصل ضرب تعداد این بارها نسبت مستقیم و با مجذور فاصله بین مراکز آنها نسبت معکوس دارد.

اگر دو بار خود را به معادله قانون کولن اضافه کنیم س (منبع) و q (محاکمهشارژ)، سپس ورودی زیر را دریافت می کنیم:

اگر عبارت برای نیروی الکتریکی افچگونه تعیین می شود قانون کولمبجایگزین در معادله برای قدرت میدان الکتریکی Eکه در بالا آورده شده است، سپس معادله زیر را بدست می آوریم:

توجه داشته باشید که محاکمهشارژ qکاهش یافت، یعنی هم از صورت و هم از مخرج حذف شد. فرمول جدید برای قدرت میدان الکتریکی Eقدرت میدان را بر حسب دو متغیر موثر بر آن بیان می کند. قدرت میدان الکتریکیبستگی به مقدار شارژ اولیه دارد سو از دوری این شارژ دبه نقطه ای از فضا، یعنی مکانی هندسی که در آن مقدار کشش تعیین می شود. بنابراین، ما این فرصت را داریم که میدان الکتریکی را از طریق شدت آن مشخص کنیم.

قانون مربع معکوس

مانند همه فرمول‌های فیزیک، از فرمول‌های قدرت میدان الکتریکی نیز می‌توان استفاده کرد جبریحل مسائل (مشکلات) فیزیک. درست مانند هر فرمول دیگری در نماد جبری آن، می توانید فرمول قدرت میدان الکتریکی را مطالعه کنید. چنین تحقیقاتی به درک عمیق تر از ماهیت یک پدیده فیزیکی و ویژگی های این پدیده کمک می کند. یکی از ویژگی های فرمول شدت میدان این است که رابطه درجه دوم معکوس بین قدرت میدان الکتریکی و فاصله تا نقطه ای در فضا از منبع میدان را نشان می دهد. قدرت میدان الکتریکی ایجاد شده در منبع بار سبا مجذور فاصله از منبع نسبت معکوس دارد. در غیر این صورت می گویند که مقدار مورد نظر با مربع نسبت معکوس دارد .

شدت میدان الکتریکی به موقعیت هندسی در فضا بستگی دارد و با افزایش فاصله مقدار آن کاهش می یابد. بنابراین، برای مثال، اگر فاصله 2 برابر افزایش یابد، شدت آن 4 برابر (2 2) کاهش می یابد، اگر فواصل بین 2 برابر کاهش یابد، قدرت میدان الکتریکی 4 برابر افزایش می یابد (2 2). اگر فاصله 3 برابر افزایش یابد، قدرت میدان الکتریکی 9 برابر کاهش می یابد (3 2). اگر فاصله 4 برابر افزایش یابد، قدرت میدان الکتریکی 16 کاهش می یابد (4 2).

جهت بردار شدت میدان الکتریکی

همانطور که قبلا ذکر شد، قدرت میدان الکتریکی یک کمیت برداری است. برخلاف کمیت اسکالر، کمیت برداری به طور کامل توصیف نمی شود مگر اینکه جهت آن مشخص شده باشد. بزرگی بردار میدان الکتریکی به عنوان بزرگی نیرو در هر یک محاسبه می شود محاکمهبار واقع در میدان الکتریکی

نیروی وارد بر محاکمهشارژ را می توان به سمت منبع شارژ یا مستقیماً دور از آن هدایت کرد. جهت دقیق نیرو به نشانه های بار آزمایشی و منبع بار بستگی دارد که آیا آنها علامت بار یکسانی دارند (دفعه رخ می دهد) یا علائم آنها مخالف است (جاذب رخ می دهد). برای حل مشکل جهت بردار میدان الکتریکی، چه به سمت منبع باشد و چه به سمت دور از منبع، قوانینی اتخاذ شد که توسط همه دانشمندان جهان استفاده می شود. طبق این قوانین، جهت بردار همیشه از یک بار با علامت قطبی مثبت است. این را می توان به شکل خطوط نیرو نشان داد که از بارهای علائم مثبت خارج می شوند و بارهای علائم منفی را وارد می کنند.