Лекция таҚырыбы: Электростатика

Лекцияның мақсаты: Электростатика бөлімінің негізгі параметрлері және олардың арасындағы байланысты меңгерту.

Негізгі сұрақтар: Электростатикалық өрістің кернеулiгi, потенциалы. Электростатикалық өрiстердiң суперпозиция принципі. Гаусс тeopeмacы. Потенциалдар айырымы. Диэлектрлiк ортадағы электростатикалық өpic. Электрлiк ығысу. Электростатикалық өpicтeri өткiзгiштер. Электр сыйымдылық. Конденсаторлар. Электростатикалық өpic энергиясы.

Электр заряды

Кейбір денелер (шыны, янтарь, эбонит т.с.с.) жібекпен, жүнмен т.б. үйкелетін (ысқыланатын) болса, жеңіл заттарды өзіне тартатыны тәжірибеден белгілі. Бүл жайт үйкеліс нәтижесінде денелерде артық әлектр зарядының пайда болуымен — дененің зарядталуымен немесе электрленуімен түсіндіріледі. Тәжірибе аттас зарядтардың 6ip-6ipiнeн тебілетінін, ал әр аттас зарядтардың 6ip-6ipiнe тартылатынын көрсетеді. Электр зарядтарының табиғатта қарапайым немесе элементар зарядталған бөлшектер түрінде кездесетіндігі қaзipгi кезде анықталган. Tepic зарядталған элементар бөлшек — электрон. Электронның заряды е (е= —1,6 • 10^-19Кл) табиғатта белгілі ең кіші тepic заряд. Ең кiшi оң заряд — протонның заряды {\р¹ = = 1,6• 10^-19 Кл).

Зат атомдардан тұрады. Атомда оң зарядты ядро және мұны айналып козғалатын электрондар бар. Атом қосымша электрондар қосып алатын болса, онда тepic ион түзіледі. Қандай да 6ip денені зарядтаү npoцeci (денені электрлеу) белгілі 6ip мөлшер-дегі электрондарды немесе иондарды әлгі денеге беру (аүыстыру) не одан тасымалдау болып табылады.

Барлық денені өткізгіштерге және диэлектриктерге (изоляторларға) бөлуге болады. Қатты денеде атомдар 6ip-6ipiнe өте жақын (тығыз) орналасқан.

Изоляторларда еркін электрондар жоқ. Денелерді өткізгіштерге және изоляторларға бөлу шартты түрде алынған. Барлык 6eлгiлі заттар азды-көпті дәрежеде электр өткізеді. Мұның бәрі дене­ге әсер ететін жағдайларға (температураға, жарықталуға және т. с. с.) тәүелді болады.

Денені

а) үйкеліс арқылы;

б) ықпал (әсер) арқылы (электростатикалық индукция) электрлеуге болады.

Электростатика­лық индукция құбылысын былайша түсіндіруге болады. Егер бейтарап өткiзгiшкe мысалы, оң зарядталған дене жақындатылса, он­да өткізiштiк элек­трондар оған тартылады да, өткізгіштің оған жақын (таяу) ұшында тepic заряд пайда болады (1-сурет).

Электр зарядын кейде э лектр мөлшері деп те атайды. Электр мөлшерінің сақталу заңы физиканың нeгiзгi заңдарының 6ipi болып табылады. Сонымен:

1. Оң және тepic зарядтар бар. Аттас зарядтардың арасында 6ip-6ipiнeн тебілу күшi, ал әр аттас зарядтардың арасында өзара тартылыс күші пайда болады. Бұл күштер гравитациялық тартылыс күшiнeн әлдеқайда артық болады.

2. Зарядтың бөлінгіштік қacиетi бар, 6ipaқ та ол шексіз бөліне бермейді. Зарядтың элементар заряд деп аталатын ең аз мөлшepi (e) бар. Протон заряды ₁р¹ немесе позитрон заряды е⁺ оң зарядтың, ал электрон заряды е^- теріс зарядтың ең аз мөлшері болып табылады.

Бipлiктepдiң халықаралық жүйeciндe

Бөлінгіштік белгілі болған жағдайда элементар зарядтар санын (Nb^q) немесе зарядтың (q) өзін мына формүла бойынша табуға болады:

3. Түйық жүйеде зарядтардың алгебралық қосындысы түрақты шама болады:

Электр бейтарап жүйе үшiн const = 0 болса, оң заряд тepic зарядқа тең деген сөз.