Elektriskais lauks ir materiāls objekts, kas ļauj mijiedarboties starp uzlādētiem ķermeņiem. Elektrostatiskais lauks 4 kā pierādīt, ka elektriskais lauks ir materiāls

Ap katru lādiņu, pamatojoties uz maza darbības attāluma darbības teoriju, ir elektriskais lauks. Elektriskais lauks ir materiāls objekts, kas pastāvīgi eksistē telpā un spēj iedarboties uz citiem lādiņiem. Elektriskais lauks izplatās telpā ar gaismas ātrumu. Fiziskais daudzums, vienāds ar attiecību spēku, ar kādu elektriskais lauks iedarbojas uz testa lādiņu (punktveida pozitīvu mazu lādiņu, kas neietekmē lauka konfigurāciju), līdz šī lādiņa vērtībai sauc par intensitāti. elektriskais lauks. Izmantojot Kulona likumu, iespējams iegūt lādiņa radītā lauka intensitātes formulu q uz attālumu r no maksas . Lauka stiprums nav atkarīgs no lādiņa, uz kuru tas darbojas. Spriegojuma līnijas sākas ar pozitīviem lādiņiem un beidzas ar negatīviem vai iet līdz bezgalībai. Elektrisko lauku, kura intensitāte ir vienāda visiem jebkurā telpas punktā, sauc par vienmērīgu elektrisko lauku. Var uzskatīt par aptuveni viendabīgu lauku starp divām paralēlām pretēji lādētām metāla plāksnēm. Ar vienmērīgu uzlādes sadalījumu q uz apgabala virsmas S virsmas lādiņa blīvums ir . Bezgalīgai plaknei ar virsmas lādiņa blīvumu s lauka stiprums ir vienāds visos telpas punktos un vienāds ar .Iespējamā atšķirība.

Kad lādiņu elektriskais lauks pārvieto attālumā, paveiktais darbs ir vienāds ar . Tāpat kā gravitācijas darba gadījumā, Kulona spēka darbs nav atkarīgs no lādiņa trajektorijas. Kad nobīdes vektora virziens mainās par 180 0, lauka spēku darbs maina zīmi uz pretējo. Tādējādi elektrostatiskā lauka spēku darbs, pārvietojot lādiņu pa slēgtu ķēdi, ir vienāds ar nulli. Lauku, kura spēku darbs pa slēgtu trajektoriju ir vienāds ar nulli, sauc par potenciālo lauku.

Gluži kā masas ķermenis m gravitācijas laukā ir potenciālā enerģija, kas ir proporcionāla ķermeņa masai, elektriskajam lādiņam elektrostatiskā laukā ir potenciālā enerģija Wp, proporcionāls maksai. Elektrostatiskā lauka spēku darbs ir vienāds ar lādiņa potenciālās enerģijas izmaiņām, kas ņemtas ar pretēju zīmi. Vienā elektrostatiskā lauka punktā dažādiem lādiņiem var būt atšķirīga potenciālā enerģija. Bet potenciālās enerģijas attiecība pret lādiņu noteiktā punktā ir nemainīga vērtība. Šis fiziskais daudzums sauc par elektriskā lauka potenciālu, no kurienes lādiņa potenciālā enerģija ir vienāda ar potenciāla noteiktā punktā un lādiņa reizinājumu. Potenciāls ir skalārs lielums, vairāku lauku potenciāls ir vienāds ar šo lauku potenciālu summu. Enerģijas izmaiņu mērs ķermeņu mijiedarbības laikā ir darbs. Lādiņam kustoties, elektrostatiskā lauka spēku darbs ir vienāds ar enerģijas izmaiņām ar pretēju zīmi, tātad. Jo darbs ir atkarīgs no potenciālu starpības un nav atkarīgs no trajektorijas starp tām, tad potenciālu starpību var uzskatīt par elektrostatiskā lauka enerģētisko raksturlielumu. Ja potenciālu bezgalīgā attālumā no lādiņa pieņem vienādu ar nulli, tad attālumā r no maksas, to nosaka pēc formulas

Dažu uzlādētu ķermeņu darbība uz citiem uzlādētiem ķermeņiem tiek veikta bez to tieša kontakta, izmantojot elektrisko lauku.

Elektriskais lauks ir materiāls. Tā pastāv neatkarīgi no mums un mūsu zināšanām par to.

Elektrisko lauku rada elektriskie lādiņi un nosaka, izmantojot elektriskie lādiņi iedarbojoties uz tiem noteikta spēka.

Elektriskais lauks vakuumā izplatās ar ierobežotu ātrumu 300 000 km/s.

Tā kā viena no elektriskā lauka galvenajām īpašībām ir tā iedarbība uz lādētām daļiņām ar noteiktu spēku, tad, lai ieviestu lauka kvantitatīvos raksturlielumus, punktā ir nepieciešams novietot nelielu ķermeni ar lādiņu q (testa lādiņu). pētāmajā telpā. Uz šo ķermeni iedarbosies spēks no lauka puses

Ja maināt testa lādiņa vērtību, piemēram, divas reizes, arī spēks, kas uz to iedarbojas, mainīsies divas reizes.

Kad testa lādiņa vērtība mainās n reizes, arī spēks, kas iedarbojas uz lādiņu, mainās n reizes.

Spēka attiecība, kas iedarbojas uz ievietoto testa lādiņu dots punkts lauks līdz šī lādiņa lielumam ir nemainīga vērtība un nav atkarīgs no šī spēka vai lādiņa lieluma, vai no tā, vai pētāmā lauka punktā vispār ir kāds lādiņš. Šo attiecību apzīmē ar burtu un uzskata par elektriskā lauka jaudas raksturlielumu. Attiecīgo fizisko lielumu sauc elektriskā lauka stiprums .

Intensitāte parāda, kāds spēks iedarbojas no elektriskā lauka uz vienības lādiņu, kas atrodas noteiktā lauka punktā.

Lai atrastu spriedzes vienību, definējošajā spriedzes vienādojumā ir jāaizstāj spēka vienības - 1 N un lādiņš - 1 C. Mēs iegūstam: [ E ] \u003d 1 N / 1 Cl \u003d 1 N / Cl.

Skaidrības labad elektriskie lauki zīmējumos ir attēloti, izmantojot spēka līnijas.

Elektriskais lauks var veikt darbu, lai pārvietotu lādiņu no viena punkta uz otru. Sekojoši, lādiņam, kas novietots noteiktā lauka punktā, ir potenciāla enerģijas rezerve.

Lauka enerģētiskos raksturlielumus var ieviest līdzīgi kā spēka raksturlīknes ievadīšanu.

Mainoties testa lādiņa vērtībai, mainās ne tikai spēks, kas uz to iedarbojas, bet arī šī lādiņa potenciālā enerģija. Pārbaudes lādiņa enerģijas, kas atrodas noteiktā lauka punktā, attiecība pret šī lādiņa vērtību ir nemainīga vērtība un nav atkarīga ne no enerģijas, ne no lādiņa.

Lai iegūtu potenciāla vienību, potenciāla noteicošajā vienādojumā ir jāaizstāj enerģijas - 1 J un lādiņa - 1 C vienības. Mēs iegūstam: [φ] = 1 J / 1 C = 1 V.

Šai iekārtai ir savs nosaukums 1 volts.

Punkta lādiņa lauka potenciāls ir tieši proporcionāls lādiņa lielumam, kas rada lauku, un apgriezti proporcionāls attālumam no lādiņa līdz noteiktam lauka punktam:

Elektriskos laukus zīmējumos var attēlot arī, izmantojot vienāda potenciāla virsmas, ko sauc ekvipotenciālu virsmas .

Kad elektriskais lādiņš pārvietojas no punkta ar vienu potenciālu uz punktu ar citu potenciālu, darbs tiek veikts.

Fizikālo lielumu, kas vienāds ar darba attiecību, lai pārvietotu lādiņu no viena lauka punkta uz citu, un šī lādiņa vērtību sauc. elektriskais spriegums :

Spriegums parāda, kāds ir elektriskā lauka darbs, pārvietojot 1 C lādiņu no viena lauka punkta uz citu.

Sprieguma, kā arī potenciāla vienība ir 1 V.

Spriegums starp diviem lauka punktiem, kas atrodas attālumā d viens no otra, ir saistīts ar lauka intensitāti:

Vienmērīgā elektriskā laukā lādiņa pārvietošanas darbs no viena lauka punkta uz otru nav atkarīgs no trajektorijas formas un to nosaka tikai lādiņa lielums un lauka punktu potenciālā starpība.

NODARBĪBAS VEIDS: Nodarbība jauna materiāla apguve.

NODARBĪBAS MĒRĶI:

Apmācības:

1. Veidojiet vienu no elektrodinamikas pamatjēdzieniem - elektrisko lauku.
2. Veidojiet priekšstatu par matēriju divos veidos: vielas un lauki.
3. Parādiet, kā noteikt elektrisko lauku.

Izstrāde:

1. Attīstīt studentu spēju analizēt, salīdzināt, izcelt būtiskās pazīmes, izdarīt secinājumus.
2. Attīstīt studentu abstrakto un loģisko domāšanu.

Pedagogi:

1. Piemērā cīņai starp tuvās un tālās darbības teorijām parādīt izziņas procesa sarežģītību.
2. Turpināt veidot pasaules uzskatu uz zināšanu piemēra par matērijas uzbūvi.
3. Izkopt spēju pierādīt, aizstāvēt savu viedokli.

APRĪKOJUMS:

• grafiku projektors;
• ierīce elektrisko lauku spektru demonstrēšanai;
• augstsprieguma pārveidotājs “Izlāde”;
• strāvas avots;
• savienojošie vadi;
• elektrometrs;
• kažokādas, organiskā stikla nūja;
• papīra figūriņas;
• vates gabals, stieples;
• transformators;
• stieples spole ar 3,5 V lampu.

Didaktiskais moments: ņemot vērā zināšanas, prasmes, prasmes.

Uzņemšana: frontālā aptauja.

Skolotājs: Atcerieties, kas ir elektriskais lādiņš.
Students: Elektriskais lādiņš - ķermeņu īpašība veikt elektromagnētisku mijiedarbību vienam ar otru ar spēkiem, kas, palielinoties attālumam, samazinās tāpat kā spēki smagums, bet vairākas reizes pārsniedz gravitācijas spēku.
Skolotājs: Vai var teikt: "Bezmaksas maksa ir lidojusi."
Students: Nē. Elektriskais lādiņš vienmēr atrodas uz daļiņas, brīvu elektrisko lādiņu nav.
Skolotājs: Kādus elektrisko lādiņu veidus jūs zināt un kā tie mijiedarbojas.
Students: Dabā ir daļiņas ar pozitīvu un negatīvu lādiņu. Divas pozitīvi lādētas vai divas negatīvi lādētas daļiņas atgrūž, pozitīvi un negatīvi lādētas daļiņas piesaista.
Skolotājs: Patiešām, apsūdzībās ir viss kā cilvēku dzīvē. Divi enerģiski aktīvi cilvēki nevar būt kopā ilgi, tas pats tiek atbaidīts. Enerģiski un mierīgi satiek labi, pievelkas dažādas lietas.
Skolotājs: Elektrostatikā jūs un es zinām Kulona likumu lādiņu mijiedarbībai. Pierakstiet un izveidojiet šo likumu.
Students: F = k|q1| |q2| / rІ (raksta uz tāfeles, skaļi saka likumu).

Divu punktveida nekustīgu lādētu ķermeņu mijiedarbības spēks vakuumā ir tieši proporcionāls lādiņu moduļu reizinājumam un apgriezti proporcionāls attālumu kvadrātam starp tiem. Ja palielinās vismaz viens lādiņš, tad palielinās mijiedarbības spēks, ja palielinās attālums starp lādiņiem, spēks samazināsies.

Didaktiskais moments: jauna materiāla apguves propedeitika.
Reģistratūra: problemātiska situācija.

Skolotājs: Labi, mēs atcerējāmies galvenās lietas, ko iemācījāmies. Vai esat kādreiz domājuši, kā viena uzlāde ietekmē otru?

Pieredze: Uzliku vati uz augstsprieguma pārveidotāja negatīvā pola. Tas iegūst mīnusa zīmi. No pozitīvā pola puses uz vilnas iedarbojas elektrisks spēks. Viņas vata iespaidā uzlec uz pozitīvo polu, iegūst plusa zīmi utt.

Skolotājs: Kā viens lādiņš ietekmē otru? Kā tiek veikta elektriskā mijiedarbība? Kulona likums uz to neatbild. Problēma ...Atkāpsimies no elektriskās mijiedarbības. Un kā jūs mijiedarbojaties viens ar otru, kā, piemēram, Anija piesaistīs Katjas uzmanību?
Students: Es varu paņemt viņas roku, pagrūstīt, iemest zīmīti, lūgt, lai kāds viņai piezvana, kliegt, svilpt.
Skolotājs: Visās jūsu darbībās no fizikas viedokļa ir kopīga lieta: kurš pamanīja šo kopīgo?
Students: Mijiedarbība tiek veikta caur starpsaitēm (rokas, pleci, notis) vai caur mediju (skaņa izplatās gaisā).
Skolotājs: Kāds ir secinājums?
Students:Ķermeņu mijiedarbībai ir nepieciešams noteikts fizisks process telpā starp mijiedarbojošiem ķermeņiem.
Skolotājs: Tātad, mēs izdomājām cilvēku mijiedarbību. Kā mijiedarbojas elektriskie lādiņi? Kas ir starpposma saites, vide, kas veic elektrisko mijiedarbību?

Didaktiskais brīdis: jauna materiāla apguve.
Pieņemšanas: uz skolēnu zināšanām balstīts skaidrojums, strīda elementi, spēles elementi, teorijas izklāsts pantiņā, demonstrācijas eksperiments.
Skolotājs:Šajā gadījumā fizikā izcēlās ilgs strīds starp tuvās un tālās darbības teoriju piekritējiem. Tagad mēs kļūsim par šo teoriju atbalstītājiem un mēģināsim strīdēties.
(Es sadalu klasi un tāfeli uz divām pusēm. Tāfeles labajā pusē uzrakstu: “Tuva darbības teorija.” Šeit ir uzzīmēta arī krustvārdu mīkla, 1. attēls).

(Kreisajā tāfeles pusē es rakstu: “Tāla darbības teorija.” Šeit ir krustvārdu mīkla, 2. attēls).

Skolotājs: Tātad labā klases daļa atbalsta tuvās darbības teoriju. Darījums?
Kreisā daļa - tāldarbības teorijas piekritēji. Darījums?
(Iet uz klases labo pusi).

Skolotājs: Nu, sāksim strīdēties. Es iepazīstināju ar maza attāluma darbības teorijas būtību, un jūs man palīdzat uzminēt vārdus, kas rakstīti uz tāfeles.

Mēs esam tuvuma piekritēji

Starp ķermeņiem jābūt trešdiena.
Saites komunikācijai, nevis tukšums.
Procesi šajā vidē notiek ātri,
Bet ne uzreiz. Viņu ātrums ierobežots.
(Tad es atkārtoju vēlreiz, bez pauzēm, lūdzu visus tuvās darbības teorijas atbalstītājus izrunāt izceltos vārdus).

Skolotājs: Sniedziet piemērus, lai pierādītu savu teoriju.
Students: 1. Skaņa izplatās pa gaisu vai citu vidi ar ātrumu 330 m/s.

2. Nospiediet bremžu pedāli, bremžu šķidruma spiediens gala ātrumā tiek pārsūtīts uz bremžu klučiem.
(pāriet uz klases kreiso pusi)

Skolotājs: Tāla attāluma teorijas atbalstītāji. Es iepazīstinu ar tāldarbības teorijas būtību, un jūs man palīdzat uzminēt vārdus, kas rakstīti uz tāfeles.

Mēs esam ilgtermiņa rīcības atbalstītāji
Apstiprināt: mijiedarbībai
Vajadzēja vienu tukšums,
Nevis dažas saites trešdiena.
Ķermeņu mijiedarbība ir neapšaubāma
Tajā tukšumā uzreiz.

(Tad es atkārtoju vēlreiz, bez pauzēm, lūdzu visus tāldarbības teorijas atbalstītājus izrunāt izceltos vārdus)

Skolotājs: Sniedziet piemērus, lai pierādītu savu teoriju?
Students: 1. Nospiežu slēdzi, gaisma uzreiz iedegas. 2. Elektrizēju stieni pret kažoku, pievedu pie elektrometra, elektrometra bultiņa momentāli novirzās (rāda pieredze ar elektrometru).
Skolotājs: Veiksim piezīmes piezīmju grāmatiņā:

Neliela diapazona teorija:

1. Elektriskā mijiedarbība tiek veikta, izmantojot barotnes, starpposma saites.
2. Elektriskā mijiedarbība tiek pārraidīta ar ierobežotu ātrumu.

Liela attāluma teorija:

1. Elektriskā mijiedarbība tiek veikta caur tukšumu.
2. Elektriskā mijiedarbība tiek pārraidīta uzreiz.

Skolotājs: Kā būt? Kuram taisnība? Lai atrisinātu strīdu, mums vajag...?

Klase: Ideja.

Skolotājs: Jā, ideja ir reta spēle vārdu mežā. / V.Hugo/

Strīds beidza ideju ģeneratoru -
Angļu zinātnieks Maikls Faradejs.

Kāda ir Faradeja ideja? Atvērt 102.lpp.38.punktu, 1.punktu.

Es došu jums 3 minūtes laika, lai uztvertu Faradeja izcilo ideju. ( Klase lasa, skolotājs maina ierīču novietojumu).

Students: Saskaņā ar Faradeja ideju elektriskie lādiņi viens uz otru tieši neiedarbojas. Katrs no tiem rada apkārtējā telpā elektrisks lauks. Viena lādiņa lauks iedarbojas uz citu lādiņu un otrādi. Atkāpjoties no lādiņa, lauks vājinās.

Skolotājs: Kuram tad ir taisnība: tāldarbības vai tuvās darbības teoriju atbalstītājiem?

Students: Tuva darbības rādiusa teorijas piekritēji.

Skolotājs: Un kāda ir starpposma saite, kas veic elektrisko mijiedarbību?

Students: Elektriskais lauks.

Skolotājs: Tātad, kāpēc uzlādēta vilna mijiedarbojas ar uzlādētu bumbu no attāluma, atcerieties pieredzi?

Students: Uzlādētas bumbiņas elektriskais lauks iedarbojas uz vati.

Skolotājs: Elektriskais lauks... Viegli pateikt, bet grūti iedomāties. Mūsu maņu orgāni nespēj saskatīt, salabot šo lauku. Tātad, kas ir elektriskais lauks? (1) - 4) punktu formulējums tiek veidots kopīgi, skolēni veic piezīmes burtnīcā).

Elektriskais lauks: ( rakstot piezīmju grāmatiņā). Skolotāja vai studentu mutiski komentāri.

viens). Vielas veids, kas pastāv kosmosā lādētu ķermeņu tuvumā.	1) Matērija var pastāvēt divos veidos: vielā un laukos. Vielu jūtam tieši ar maņu orgāniem, lauku – netieši, caur kaut ko.
2). Lauks ir materiāls, pastāv neatkarīgi no mums.	2) (a) Radioviļņi ir elektromagnētiskie lauki. Tie izplatās kosmosā pat tad, ja to avots (piemēram, radiostacija) nedarbojas. b) mikroviļņu krāsns silda pārtiku, izmantojot elektriskā lauka enerģiju. Tātad elektriskais lauks pastāv. Tas ir materiāls, jo ir enerģija.
3). Elektriskais lauks izplatās ar ierobežotu ātrumu c= 3*10 8 m/s.	3) Tagad tas ir pierādīts: vadot Mēness roveru no Zemes, viņi ņem vērā, ka radio signāls uz Mēnesi aiziet 1,3 sekundēs; ekspluatējot staciju uz Veneras, viņi ņem vērā, ka elektriskais lauks līdz tai aizceļo 3,5 minūtes.
četri). Galvenā elektriskā lauka īpašība ir tā ietekme uz elektrisko uzlādē ar kādu spēku.	4) Pieredze: plexiglas plāksnes elektriskais lauks ar spēku iedarbojas uz papīra figūrām, liekot tām kustēties, “dejot”.

Skolotājs: Vai jūs vēlētos “redzēt” elektrisko lauku?

Ar mūsu maņu orgāniem tas nav iespējams. Mums palīdzēs sīkas daļiņas (manna), kas ielietas motoreļļā un novietotas spēcīgā elektriskajā laukā.

Pieredze. (Elektrisko lauku spektru demonstrēšanai izmanto ierīci).

Paņemu kiveti ar eļļu un mannu, samaisu uz grafiskā projektora, pievedu spriegumu no “Izlādes” uz elektrodiem. Uz elektrodiem parādījās pretēji lādiņi. Ko mēs redzam, kā mēs varam to izskaidrot?

Students: Ap elektrodiem ir elektriskais lauks, mannas graudi elektrizējās un lauka ietekmē sāka nosēsties pa noteiktām līnijām, jo lauks iedarbojas uz graudiem ar spēku.

Skolotājs: Graudi stāv rindā spēka līnijas elektriskais lauks, atstarojošs viņa "bilde". Kur līnijas ir biezākas - lauks ir spēcīgāks, retāk - vājāks. Līnijas stiepjas viena pret otru, kas nozīmē, ka lauki atrodas pretī.

Divu plākšņu lauks ir atšķirīgs. Lauka līnijas ir paralēlas. Šāds lauks visos punktos ir vienāds un tiek saukts par viendabīgu.

Divu plākšņu laukā nolikšu metāla gredzenu, "gredzenā esošie graudi nepārkārtojas. Ko tas nozīmē?

Students: Metāla gredzena iekšpusē nav elektriskā lauka.

Didaktiskais moments: vispārinājums; zināšanu kopsavilkums.
Pieņemšanas: ekspress - aptauja, izmantojot signālu kartes; minējumu pieredze.

Skolotājs: Ko mēs šodien iemācījāmies, kas ir palicis mūsu galvās? Pārbaudīsim. Uz jūsu galdiem ir 5 dažādu krāsu kārtis. Es uzdodu jautājumu, tu pacel kartīti, uz kuras, no tava viedokļa, pareizā atbilde: krāsainā puse – man, teksts – tev. Pēc krāsas es ātri noskaidrošu, kurš ko iemācījies. (Skolotājs fiksē ekspresaptaujas rezultātu).

Ekspress aptauja.

1. jautājums. Teorijas būtība ir cieša darbība? (Sarkanā kartīte).

2. jautājums. Tāla darbības teorijas būtība? (Zilā karte).
3. jautājums. Faradeja idejas būtība? (Zaļā karte).
4. jautājums. Kas ir elektriskais lauks? (Baltā karte).

(Piektā kartīte (oranža) neatbilst nevienam no jautājumiem).

Kartīšu teksti.

1. Sarkanā kartīte: ķermeņi mijiedarbojas, izmantojot starpposma saites ar finālu
   ātrumu.
2. Zilā karte: ķermeņi nekavējoties mijiedarbojas caur tukšumu.
3. Zaļā karte: elektriskā mijiedarbība notiek sakarā ar
   elektriskais lauks.
4. balta karte: matērija, kas pastāv telpā ap lādētiem ķermeņiem. Lauks neatkarīgi no mums izplatās ar ierobežotu ātrumu un iedarbojas ar zināmu spēku uz lādiņu.

Rezultāts: skolotājs pasaka, cik cilvēku no klases pareizi atbildēja uz jautājumiem, nosauc pareizās kartīšu krāsas. Labi padarīts!

Skolotājs: Un tagad - pieredze pēc izsaukuma.

Pieredze: ieslēdzu transformatoru. Tā tinumos pārvietojas lādiņi, ap kuriem, kā zināms, veidojas elektriskais lauks. Paņemu stieples spoli un lampu. Spole nav savienota ar tīklu. Es eju uz transformatoru. Kāpēc lampiņa spīd, jo nav iekļauta elektrotīklā?

Students: Ap transformatora tinumiem ir elektriskais lauks, kas ar spēku iedarbojas uz lādiņiem spolē, iedarbina lādiņus, caur lampu plūst strāva, lampiņa spīd. Lauks ir materiāls. Elektriskais lauks pastāv!

Didaktiskais brīdis: mājasdarbs.
Reģistratūra: rindkopu rakstīšana dienasgrāmatā no tāfeles.

37. §, jautājumi 102. lpp., 38. §, jautājumi . lpp.).

VI POSMS

Didaktiskais moments: rezumē.

Uzņemšana: ņemot vērā skolēnu pareizās atbildes stundā ar sekojošu vispārinājumu; šķirošana.

Saskaņā ar Kulona likumu divu nekustīgu lādētu punktu ķermeņu mijiedarbības spēks ir proporcionāls to lādiņu reizinājumam un apgriezti proporcionāls attāluma kvadrātam starp tiem.

Lādētu ķermeņu mijiedarbības elektriskais spēks ir atkarīgs no to lādiņu lieluma, ķermeņu lieluma, attāluma starp tiem, kā arī no tā, kurās ķermeņu daļās šie lādiņi atrodas. Ja uzlādētu ķermeņu izmēri ir daudz mazāki par attālumu starp tiem, tad šādus ķermeņus sauc par punktveida ķermeņiem. Mijiedarbības spēks starp punktveida lādētiem ķermeņiem ir atkarīgs tikai no to lādiņu lieluma un attāluma starp tiem.

Likumu, kas apraksta divu punktveida lādētu ķermeņu mijiedarbību, izveidoja franču fiziķis Ch. Kulons, mērot atgrūšanas spēku starp mazām līdzīgi lādētām metāla lodītēm (sk. 34.a att.). Kulona instalācija sastāvēja no plāna elastīga sudraba pavediena (1) un uz tā piekārta viegla stikla stieņa (2), kura vienā galā bija nostiprināta lādēta metāla lode (3), bet otrā pretsvars (4). ). Atgrūšanas spēks starp stacionāro lodi (5) un lodi 3 noveda pie vītnes pagriešanas noteiktā leņķī a, pēc kura bija iespējams noteikt šī spēka lielumu. Saliekot kopā un attālinot vienādi uzlādētas bumbiņas 3 un 5, Kulons atklāja, ka atgrūšanas spēks starp tām ir apgriezti proporcionāls attāluma kvadrātam starp tām.

Lai noteiktu, kā mijiedarbības spēks starp bumbiņām ir atkarīgs no to lādiņu lieluma, Kulons rīkojās šādi. Pirmkārt, viņš izmērīja spēku, kas iedarbojas starp vienādi uzlādētām bumbiņām 3 un 5, un pēc tam pieskārās vienai no uzlādētajām bumbiņām (3) ar citu, neuzlādētu tāda paša izmēra lodi (6). Kulons pamatoti uzskatīja, ka, saskaroties ar identiskām metāla lodītēm, elektriskais lādiņš tiks vienmērīgi sadalīts starp tām, un tāpēc uz 3. lodītes paliks tikai puse no sākotnējā lādiņa. Šajā gadījumā, kā liecina eksperimenti, atgrūšanas spēks starp bumbiņām 3 un 5 samazinājās uz pusi, salīdzinot ar oriģinālu. Šādi mainot bumbiņu lādiņus, Kulons atklāja, ka tās mijiedarbojas ar spēku proporcionāls produktam viņu maksas.

Daudzu eksperimentu rezultātā Kulons formulēja likumu, kas nosaka spēka F 12 moduli, kas darbojas starp diviem fiksēta punkta ķermeņiem ar lādiņiem q 1 un q 2, kas atrodas attālumā r viens no otra:

kur k ir proporcionalitātes koeficients, kura vērtība ir atkarīga no izmantotās mērvienību sistēmas un kuru bieži aizvieto ar (4pe0)-1 tādu iemeslu dēļ, kas saistīti ar mērvienību sistēmu ieviešanas vēsturi (sk. 34.1.). e0 sauc par elektrisko konstanti. Spēka vektors F 12 ir vērsts pa taisni, kas savieno ķermeņus, tā, ka pretēji lādēti ķermeņi piesaista, un līdzīgi lādēti ķermeņi atgrūž (34.b att.). Šo likumu (skat. 34.1.) sauc par Kulona likumu, bet atbilstošos elektriskos spēkus sauc par Kulona likumu. Kulona likums, proti, mijiedarbības spēka atkarība no attāluma starp uzlādētiem ķermeņiem otrās pakāpes, joprojām ir pakļauts eksperimentālai pārbaudei. Tagad ir pierādīts, ka Kulona likuma eksponents var atšķirties no diviem ne vairāk kā par 6,10-16.

SI sistēmā elektriskā lādiņa mērvienība ir kulons (C). 1 C lādiņš ir vienāds ar lādiņu, kas 1 sekundē iziet cauri vadītāja šķērsgriezumam pie strāvas stipruma 1 ampērs (A). SI sistēmā

k \u003d 9,109 N.m 2 / C 2 un e0 \u003d 8.8.10-12 C 2 / (N.m 2) (34.2)

Elementārais elektriskais lādiņš e SI ir:

e \u003d 1.6.10 -19 C. (34.3)

Kulona likums pēc savas formas ir ļoti līdzīgs universālās gravitācijas likumam (11.1.), ja pēdējā masas aizstāj ar lādiņiem. Tomēr, neskatoties uz ārējo līdzību, gravitācijas spēki un Kulona spēki atšķiras viens no otra

1. gravitācijas spēki vienmēr piesaista ķermeņus, un Kulona spēki var gan piesaistīt, gan atvairīt ķermeņus,

2. Kulona spēki ir daudz spēcīgāki par gravitācijas spēkiem, piemēram, Kulona spēks, kas atgrūž divus elektronus vienu no otra, ir 1042 reizes lielāks par to gravitācijas pievilkšanas spēku.

Pārskatīšanas jautājumi:

Kas ir punktveida uzlādes ķermenis?

· Aprakstiet eksperimentus, ar kuriem Kulons izveidoja viņa vārdā nosaukto likumu?

Rīsi. 34. (a) - Kulona eksperimentālās shēmas diagramma, lai noteiktu atgrūšanas spēkus starp tāda paša nosaukuma lādiņiem; b) - Kulona spēku lieluma un virziena noteikšanai, izmantojot formulu (34.1.).

§ 35. ELEKTROLAUKS. SPRIEDZE. LAUKU SUPERPOZĪCIJAS PRINCIPS.

Kulona likums ļauj aprēķināt divu lādiņu mijiedarbības spēku, bet nepaskaidro, kā viens lādiņš iedarbojas uz otru. Pēc kāda laika, piemēram, viens no lādiņiem “sajutīs”, ka otrs lādiņš ir sācis tam tuvoties vai attālināties no tā? Vai maksas ir kaut kādā veidā saistītas? Lai atbildētu uz šiem jautājumiem, izcilie angļu fiziķi M. Faradejs un Dž. Maksvels ieviesa elektriskā lauka jēdzienu – materiālo objektu, kas eksistē ap elektriskajiem lādiņiem. Tādējādi lādiņš q1 rada ap sevi elektrisko lauku, un cits lādiņš q2, atrodoties šajā laukā, piedzīvo lādiņa q1 darbību saskaņā ar Kulona likumu (34.1). Turklāt, ja ir mainījusies lādiņa q1 pozīcija, tad tā elektriskā lauka izmaiņas notiks pakāpeniski, nevis momentāni, tā ka attālumā L no q1 lauka izmaiņas notiks pēc laika intervāla L / c, kur c ir gaismas ātrums, 3,108 m/s. Elektriskā lauka izmaiņu kavēšanās pierāda, ka mijiedarbība starp lādiņiem atbilst maza darbības attāluma teorijai. Šī teorija jebkādu mijiedarbību starp ķermeņiem, pat tālu viens no otra, izskaidro ar jebkādu materiālu objektu vai procesu esamību starp tiem. Materiālais objekts, kas mijiedarbojas starp uzlādētiem ķermeņiem, ir to elektriskais lauks.

Lai raksturotu noteiktu elektrisko lauku, pietiek izmērīt spēku, kas iedarbojas uz punktveida lādiņu dažādos šī lauka reģionos. Eksperimenti un Kulona likums (34.1) parāda, ka spēks, kas iedarbojas uz lādiņu no lauka, ir proporcionāls šī lādiņa lielumam. Tāpēc spēka F, kas iedarbojas uz lādiņu noteiktā lauka punktā, attiecība pret šī lādiņa q lielumu vairs nav atkarīga no q un ir elektriskā lauka īpašība, ko sauc par tā stiprumu, E:

Elektriskā lauka stiprums, kā izriet no (35.1.), ir vektors, kura virziens sakrīt ar spēka virzienu, kas iedarbojas noteiktā lauka punktā uz pozitīvs lādiņš. No Kulona likuma (34.1.) izriet, ka punktveida lādiņa q lauka stipruma modulis E ir atkarīgs no attāluma r līdz tam šādi:

Intensitātes vektori dažādos pozitīvo un negatīvo lādiņu elektriskā lauka punktos ir parādīti attēlā. 35a.

Ja elektrisko lauku veido vairāki lādiņi (q 1, q 2, q 3 utt.), tad, kā liecina pieredze, stiprums E jebkurā šī lauka punktā ir vienāds ar spēku E 1, E summu. 2, E 3 utt. elektriskie lauki, ko rada attiecīgi lādiņi q 1, q 2, q 3 utt.:

Tas ir lauku superpozīcijas (vai superpozīcijas) princips, kas ļauj noteikt vairāku lādiņu radītā lauka stiprumu (35.b att.).

Lai parādītu, kā mainās lauka intensitāte tā dažādajos apgabalos, tiek novilktas spēka līnijas - nepārtrauktas līnijas, kuru pieskares katrā punktā sakrīt ar stipruma vektoriem (35.c att.). Lauka līnijas nevar krustoties viena ar otru, jo. katrā punktā lauka intensitātes vektoram ir precīzi noteikts virziens. Tie sākas un beidzas uz uzlādētiem ķermeņiem, kuru tuvumā palielinās spriedzes modulis un lauka līniju blīvums. Lauka līniju blīvums ir proporcionāls elektriskā lauka intensitātes modulim.

Pārskatīšanas jautājumi:

· Kas ir elektriskais lauks un kā tas ir saistīts ar maza darbības attāluma darbības teoriju?

· Sniedziet elektriskā lauka intensitātes definīciju.

· Formulēt lauku superpozīcijas principu.

Kam atbilst lauka līnijas un kādas ir to īpašības?

Rīsi. 35. (a) - intensitātes vektori dažādos pozitīvā (augšējā) un negatīvā (apakšējā) elektriskā lauka punktos; intensitātes vektori (b) un tie paši vektori kopā ar divu dažādu zīmju punktveida lādiņu elektriskā lauka spēka līnijām (c).

§ 36. VADĪTĀJI UN DIELEKTRIS ELEKTROSTATISKĀ LAUKĀ.