Пошук навчальних матеріалів по назві і опису в нашій базі:

Електродинаміка електродинаміка – це наука про властивості й закономірності поведінки матерії особливого виду – електромагнітного поля, що здійснює взаємодію між електрично зарядженими тілами або частинками




94.55 Kb.
НазваЕлектродинаміка електродинаміка – це наука про властивості й закономірності поведінки матерії особливого виду – електромагнітного поля, що здійснює взаємодію між електрично зарядженими тілами або частинками
Дата конвертації22.11.2012
Розмір94.55 Kb.
ТипЗакон
Зміст
Закон кулона
Сила взаємодії двох точкових нерухомих заряджених тіл у вакуумі прямо пропорційна добутку модулів зарядів і обернено пропорційна
Механізм дії сил
ЗАДАЧІ З якою силою взаємодіють два заряди по 10 нКл, розташовані на відстані 3 см один від одного?
Задача: Заряди 40 і -10нКл розташували на відстані 10см один від одного. Який треба взяти третій заряд і де його поставити, щоб
ЕЛЕКТРОДИНАМІКА
Електродинаміка – це наука про властивості й закономірності поведінки матерії особливого виду – електромагнітного поля, що здійснює взаємодію між електрично зарядженими тілами або частинками.

Фізиці відомо чотири типи взаємодії: гравітаційна, електромагнітна, сильна (ядерна) і слабка. Саме електромагнітна взаємодія найбільш вивчена на сьогодні й займає перше місце в нашому повсякденному житті. Електромагнітні взаємодії – це не тільки електромагнітні хвилі, що несуть сигнали для радіо і телебачення. Це також здатність людини бачити, адже світло – теж електромагнітна хвиля. Це електричні сигнали, що заставляють скорочуватися м’язи людини чи тварини. Це зрештою процеси мислення, сприйняття світу – свідомість людини. Людина може довгий час існувати без сил гравітації, що доказали космонавти, живучи в умовах невагомості. Та якщо б зникла електромагнітна взаємодія – зникло б життя.
ЗАРЯД
Ми всі чули словосполучення „електричний заряд”. Що ж це таке? Світ навколо складається із дрібних елементів, які називаються елементарними частинками, наприклад: електрони, протони і т.д. Переважно всі частинки мають масу, тому створюють навколо себе гравітаційне поле. Сила гравітаційного поля, як відомо із попередніх розділів фізики дорівнює:



– це сила, з якою будь-яке тіло, що має масу, діє на інше тіло, що теж має масу (сила гравітації); – гравітаційна стала ( в системі СІ, Н – Ньютон), і – маси взаємодіючих тіл; – відстань між тілами.

Оскільки елементарні частинки мають дуже малу масу, десь приблизно 10-23 кг, то сила гравітаційної взаємодії на відстані між тілами 10-11 м повинна складати приблизно , проте учені визначили, що сила взаємодії між елементарними частинками переважає силу гравітації приблизно в раз (тобто має величину ). Отже, сила взаємодії між елементарними частинками набагато перевищує гравітаційні сили. Учені припустили, що окрім гравітаційних сил, які діють між тілами, що мають масу, повинні бути інші сили. Частинки (тіла), що взаємодіють один з одним, із силами набагато перевищуючими сили гравітації прийнято називати зарядженими. Взаємодію між зарядженими частинками (тілами) називають електромагнітною.

Наявність заряду в елементарної частинки – це фундаментальна властивість самої частинки, як, наприклад, її маса.

Тіла, що мають масу, завжди притягуються гравітаційним полем, яке створюють навколо себе. Проте заряджені елементарні частинки можуть як притягуватися, так і відштовхуватися. Прийнято вважати, що частинки з однаковим знаком заряду відштовхуються, а із різним знаком – притягуються. Тому введено поняття у фізику – знак заряду. Знак заряду може бути додатнім (+) чи від’ємним (–). Наявність зарядів різних знаків („+” і „–”) – фундаментальна властивість світу, що нас оточує.

Так атом, який загалом нейтрально заряджений: не має ні заряду „+”, ні заряду „–” – складається із двох елементарних частинок: протона (позитивно зарядженого ядра атома) і електрона, що має негативний (від’ємний) заряд. Електрон крутиться навколо ядра атома з такою швидкістю і в таких різних напрямках, що його від’ємний заряд у будь якій точці простору, в будь-який момент часу компенсує (компенсування – рівність за величиною і протилежність за знаком) дію позитивно зарядженого ядра (протона). Саме тому атом є електронейтральним (не має електричного заряду). Це стосується і молекул. Саме тому ми можемо в молекулярно-кінетичній теорії ідеальних газів (яка пояснює роботу сучасних двигунів згорання в машинах, кручення турбін на теплових електростанціях і т.д.) розглядати атоми чи молекули, як маленькі м’ячики, що взаємодіють тільки ударяючись один з одним, чи ударяючись у тверді тіла, на які вони можуть мати дію, і не враховувати електромагнітну взаємодію між атомами чи молекулами.

Величина заряду електрона і протона, щоб атом був загалом електронейтральним, – мусить бути однакова. Атом кожного елементу із таблиці Менделєєва має певну кількість електронів навколо одного позитивно зарядженого ядра, саме стільки електронів, що компенсувати (звести до нуля) дію позитивно зарядженого ядра (протона) атома. Так атом кисню має 8 електронів (за порядковим номером у таблиці Менделеєва). Найменшу кількість електронів має атом водню – один (він перший у таблиці Менделеєва). Саме величину заряду електрона і протона атома водню вважають найменшим зарядом, який може існувати у світі. Ця величина стала і не змінюється ніколи.
ЕЛЕКТРИЗАЦІЯ
Електромагнітні сили відіграють дуже важливе значення в житті, оскільки всі предмети навколо складаються із атомів. Проте, як ми уже вияснили, атом переважно є електронейтральним (його загальний заряд дорівнює нулю). Щоб тіло стало електроактивним від його атомів потрібно забрати, наприклад, – електрони. Це можна зробити тертям. При терті гребінця до волосся, частина електронів від атомів волосся переходять на гребінець. Оскільки на гребінці збирається надлишок електронів, то гребінець заряджається негативно. На волосинках навпаки електронів не вистачає і волосся електризується в позитивний заряд. Таке саме відбувається, коли ми носимо просто светр. На тілі теж є волосинки. При ходінні светр треться до волосків і заряджає їх позитивно. Коли ми торкнемося до металевої ручки дверей, то відчуємо, як тілом пробіг струм („говоримо, що нас ударило струмом”). Це пов’язано з тим, що у металі електрони легко відділяються від твердого тіла і біжать через тіло, щоб компенсувати (звести до нуля) позитивний заряд волосків на тілі.

При терті кількість електронів, які перебігли з волосся на гребінець дорівнює тій кількості електронів, що потрібна аби волосинки знов стали електронейтральними. Тобто величини електризації гребінця (негативно) й волосся (позитивно) однакові. Звідси випливає фундаментальний закон фізики: в замкнутій системі алгебраїчна сума зарядів усіх частинок залишається незмінною. Якщо волосся і гребінець вважати замкненою системою (тобто ми розчесалися і ні тілом, ні гребінцем ні до чого ще не торкнулися) то кількість електронів, що перебігли від волосся на гребінець буде дорівнювати сумі усіх зарядів (позначимо їх буквою „кю” – ), що втекли від атомів волосся. Нехай атомів, що втратили по електрону (тобто по мінімальному заряду), буде . Тоді негативний заряд, який отримає гребінець буде дорівнювати сумі всі від першого до -го. Одночасно на волосинках теж не буде вистачати саме такої ж суми електронів, і волосинки будуть заряджені з таким самих загальним позитивним зарядом, що і гребінець – негативним. Математично це записується як:


ЕЛЕКТРОСТАТИКА

^ ЗАКОН КУЛОНА
Розділ електродинаміки, що займається вивченням електричних зарядів, які перебувають у стані спокою, називається електростатикою.

Електростатика займається зарядами, що перебувають у конкретному місці. Тобто, зарядами, що набрав на себе гребінець після розчісування волосся, наприклад. Взагалі, тіло не може бути точково заряджене, тобто не можна сказати, що зубчики гребінця більше заряджені, ніж ручка гребінця. Якщо мова йде про заряд, то він завжди розподіляється по всьому тілу. Проте, якщо відстань між тілами в багато разів перевищує їхні розміри, то ні форма, ні розміри заряджених тіл не впливають на електромагнітну взаємодію між ними, і тіло можна вважати точковим зарядом. Такий же підхід був застосований щоб ввести поняття матеріальної точки в механіці.

Шарль Огюстен Кулон експериментальним чином вивів закон:

^ Сила взаємодії двох точкових нерухомих заряджених тіл у вакуумі прямо пропорційна добутку модулів зарядів і обернено пропорційна квадрату відстані між ними. Математично це записується:



де – коефіцієнт пропорційності, чи – величина заряду без врахування його знаку (позитивний чи негативний), – відстань між зарядженими тілами.

Схожий математичний запис має сила гравітації (див. першу сторінку). Сила гравітації теж має коефіцієнт пропорційності , в чисельнику стоять маси тіл, що взаємодіють, і так само сила взаємодії обернено пропорційна квадрату відстані між взаємодіючими тілами.

Так само, як і гравітаційна сила, сила взаємодії двох зарядів, направлена по прямій лінії між ними. Якщо заряди однаково заряджені за знаком („+” і „+” чи „–” і „–”), то сила взаємодії направлена в протилежні напрямки. Якщо взаємодія відбувається між різнойменними зарядами, то сила взаємодії направлена від одного заряду до іншого (див. рис.)

Сила – це сила з якою заряд номер 2 діє на заряд номер 1, а сила – сила з якою заряд номер 1 діє на заряд номер 2. Сили і – рівні за величиною і протилежні за напрямком.

Одиниця в якій вимірюється заряд – Кулон. 1 Кулон (1 Кл) – це заряд, що проходить за 1 секунду через поперечний переріз провідника при силі струму в 1 Ампер.

Коефіцієнт пропорційності у формулі взаємодії двох зарядів із формули визначається як:



і відповідно вимірюється в .

Величина коефіцієнта пропорційності була визначена експериментально і дорівнює: .

Один Кулон – дуже великий заряд. Сила взаємодії двох точкових зарядів розміщених на відстані в 1 кілометр, приблизно така з якою планета Земля притягує до себе вантаж в 1 тонну.

Нам уже відомо, що електрон і протон атома водню мають найменший заряд, що його може мати елементарна частинка. Цей мінімальний заряд позначають буквою і він дорівнює:



Коефіцієнт пропорційності прийнято записувати у вигляді:



де іпсилон нульове () називають електричною сталою і вона дорівнює:



^ МЕХАНІЗМ ДІЇ СИЛ
Ми знаємо, що два заряджені тіла діють один на інший, проте не з’ясовано як саме вони діють. В історії розвитку фізики було два підходи. Один говорив, що тіла, які віддалені один від іншого, завжди діють за допомогою проміжних ланок (або середовища), які передають взаємодію від точки до точки, аж поки не досягнуть іншого тіла. Роль середовища, яке передає дію одного тіла на іншого вважалося виконує ефір, що оточує увесь простір навколо. Ця теорія носить назву – теорії близькодії.

Теорію близькодії вважали правильною багато століть, аж поки Ньютон не встанови закон всесвітнього тяжіння. Оскільки сила всесвітнього тяжіння діє моментально і в будь-якій точці простору і її сила обернено пропорційна квадрату відстані до точки, то теорія близькодії почала зазнавати краху. Адже згідно з теорією близькодії сила взаємодії мали би розпочати свою дію через деякий час, який потрібний був би на передачу цієї сили від однієї точки простору до іншої. Але сила гравітації, як і електромагнітні взаємодія діють миттєво не залежно від відстані між тілами. Тому виникла теорія дії на відстані: тіла діють одне на одне на відстані безпосередньо через пустоту. Згідно цієї теорії тіла здатні відчувати інші тіла, як би ті далеко не знаходилися. Дослідження космосу, взаємодії електричних зарядів – підтверджують останню теорію.

Отже сила взаємодії заряджених частинок діє миттю і на будь-якій віддалі.
^ ЗАДАЧІ
З якою силою взаємодіють два заряди по 10 нКл, розташовані на відстані 3 см один від одного?

Дано: = 10 нКл, = 10 нКл, = 3см.

Знайти: ?

Розв’язок:

Два заряди, кожен по 10 нКл, розташовані на відстані 3см. Вони між собою взаємодіють із силою Кулона, яка записується:



В цій формулі коефіцієнт пропорційності дорівнює:

Оскільки коефіцієнт пропорційності має у своїй розмірності метри й Кулони, то необхідно заряди перевести в Кулони, а відстань у метри.

Заряд 10 нКл переведи в Кулони – це буде . Відстань у 3 см переводимо у метри:

Тепер підставляємо отримані величини у формулу для визначення сили Кулона:



Провівши нескладні обрахунки отримуємо, що тіла діють один на одного із силою:



Відповідь: тіла діють один на одного із силою 1 міліНьютон (1мН).
^ Задача: Заряди 40 і -10нКл розташували на відстані 10см один від одного. Який треба взяти третій заряд і де його поставити, щоб система була в стані рівноваги.

Дано: , ,

Знайти: ?

Розв’язок: нам дано що два заряди, позначимо їх як і , розташовані на відстані . Між ними виникає Кулонівська сила. Оскільки заряди різнойменні („+” і „–”), то між ними виникають сили притягування, що заставлять заряди рухатися один до одного, оскільки вони жорстко не закріплені. Намалюємо картину цих сил:



Сили, що виникають між зарядами, і , рівні за значенням і протилежні за напрямком, оскільки заряди різнойменні. Визначимо цю силу:



Взявши заряди по модулю, без врахування знаку, знаходимо що сили взаємодії буде дорівнювати

Щоб заряд номер 2 не рухався, перебував у рівновазі, необхідно поставити за ним третій заряд із позитивним зарядом на одній лінії, оскільки сили Кулонівської взаємодії діє по прямій. Щоб на заряд номер два діяла сила рівна візьмемо третій заряд величиною 40нКл і розмістимо його за другим на відстані 10см. Тоді отримаємо таку картинку:



Якщо за величиною і знаком буде дорівнювати , а відстань між другим і третім зарядом буде за величиною така як , то сила Кулонівської взаємодії буде дорівнювати . Оскільки сили і рівні за величиною і протилежні за знаком, то другий заряд не буде рухатися, оскільки сили компенсували одна одну.

Проте заряди 1 і 3 теж будуть взаємодіяти між собою. Оскільки вони однаково заряджені, то будуть відштовхуватися. Визначимо силу взаємодії між ними



Модуль зарядів у формулі можна опустити, оскільки вони однакові за знаком заряду. . Відстань між першим і третім зарядом буде дорівнювати (див. рисунок):



Підставивши в формулу значення і отримаємо, що сили і дорівнюють:



Отже сили і рівні за величиною і протилежні за знаком, а отже компенсують одна одну й заряд не буде рухатися. Те ж саме стосується третього заряду: і протилежні за напрямком, а отже їхня сума дорівнює нулю.

Відповідь: , ,





Додати документ в свій блог або на сайт

Схожі:

Електродинаміка електродинаміка – це наука про властивості й закономірності поведінки матерії особливого виду – електромагнітного поля, що здійснює взаємодію між електрично зарядженими тілами або частинками iconУроку з електротехніки групи св I тема: Силові та еквіпотенціальні лінії електричного поля. Прості електричні поля. Напруженість, потенціал І робота електричного поля. Силова взаємодія заряджених тіл. Закон Кулона
Мета: З’ясувати механізм утворення електричного поля; силову взаємодію між зарядженими тілами. Сформулювати закон Кулона. Пояснити,...

Електродинаміка електродинаміка – це наука про властивості й закономірності поведінки матерії особливого виду – електромагнітного поля, що здійснює взаємодію між електрично зарядженими тілами або частинками iconМетодичні вказівки з вивчення дисципліни “Технічна електродинаміка та поширення радіохвиль”
Методичні вказівки з вивчення дисципліни “Технічна електродинаміка та поширення радіохвиль” Частина 1: „Теорія електромагнітного...

Електродинаміка електродинаміка – це наука про властивості й закономірності поведінки матерії особливого виду – електромагнітного поля, що здійснює взаємодію між електрично зарядженими тілами або частинками iconРобоча програма з дисциплини Електродинаміка. Частина I. Електродинаміка вакуума

Електродинаміка електродинаміка – це наука про властивості й закономірності поведінки матерії особливого виду – електромагнітного поля, що здійснює взаємодію між електрично зарядженими тілами або частинками iconПрограма курсу “Теоретична фізика. Електродинаміка суцільних середовищ” на весняний семестр 2008р. Рівняння Максвелла в середовищі
Макроскопічні рівняння Максвелла. Інтегральна та диференціальна форма рівнянь, граничні умови. Енергія електромагнітного поля

Електродинаміка електродинаміка – це наука про властивості й закономірності поведінки матерії особливого виду – електромагнітного поля, що здійснює взаємодію між електрично зарядженими тілами або частинками iconВивчення основних властивостей електростатичного поля
Мета роботи: вивчити основні закономірності електростатичного поля методом його моделювання І експериментальної побудови кривих однакового...

Електродинаміка електродинаміка – це наука про властивості й закономірності поведінки матерії особливого виду – електромагнітного поля, що здійснює взаємодію між електрично зарядженими тілами або частинками iconФізика – експериментальна наука, яка вивчає найзагальніші закономірності явищ природи, властивості та будову матерії, закони її руху
Фізична величина – кількісна характеристика фізичної властивості об’єкта чи явища

Електродинаміка електродинаміка – це наука про властивості й закономірності поведінки матерії особливого виду – електромагнітного поля, що здійснює взаємодію між електрично зарядженими тілами або частинками iconФізика – наука про найбільш загальні властивості та форми руху матерії

Електродинаміка електродинаміка – це наука про властивості й закономірності поведінки матерії особливого виду – електромагнітного поля, що здійснює взаємодію між електрично зарядженими тілами або частинками icon1. Всесвіт. Матерія у Всесвіті. Зв’язки між тілами. Інформаційні поля
«Екологія, охорона навколишнього середовища та збалансоване природокористування»

Електродинаміка електродинаміка – це наука про властивості й закономірності поведінки матерії особливого виду – електромагнітного поля, що здійснює взаємодію між електрично зарядженими тілами або частинками iconРеферат з фізики на тему: “Плазма та її властивості”
Ще Фарадей понад 140 років тому говорив про особливий, відмінний від звичайного стан – про “ електротонічний “, тобто електрозбуджений...

Електродинаміка електродинаміка – це наука про властивості й закономірності поведінки матерії особливого виду – електромагнітного поля, що здійснює взаємодію між електрично зарядженими тілами або частинками iconПерелік публікацій кафедри “прилади” за 2008 рік
Науково-прикладний журнал “Технічна електродинаміка”. Тематичний випуск “Проблеми сучасної електротехніки”. Частина 6

Додайте кнопку на своєму сайті:
ua.convdocs.org


База даних захищена авторським правом ©ua.convdocs.org 2013
звернутися до адміністрації
ua.convdocs.org
Реферати
Автореферати
Методички
Документи
Випадковий документ

опубликовать
Головна сторінка