در یک سیستم بسته، مجموع جبری بارهای همه ذرات بدون تغییر باقی می ماند.
(... اما نه تعداد ذرات باردار، زیرا تبدیل ذرات بنیادی وجود دارد).

سیستم بسته
- سیستمی از ذرات که ذرات باردار از بیرون وارد آن نمی شوند و خارج نمی شوند.

قانون کولمب- قانون اساسی الکترواستاتیک

نیروی برهمکنش بین دو جسم باردار ثابت نقطه ای در خلاء نسبت مستقیم دارد
حاصل ضرب ماژول های شارژ و با مجذور فاصله بین آنها نسبت معکوس دارد.
چه زمانی اجسام اجسام نقطه ای در نظر گرفته می شوند? - اگر فاصله بین آنها چند برابر اندازه اجسام باشد.
اگر دو جسم دارای بار الکتریکی باشند، بر اساس قانون کولن برهم کنش می‌کنند.
واحد بار الکتریکی
1 C باری است که در 1 ثانیه با جریان 1 آمپر از سطح مقطع هادی عبور می کند.
1 درجه سانتیگراد شارژ بسیار زیادی است.
شارژ عنصری:

بنابراین، نیروی کولن به خواص محیط بین اجسام باردار بستگی دارد.

دور و نزدیک

نظریه برد کوتاه- برهمکنش بین اجسام باردار را تعیین می کند
با استفاده از یک محیط متوسط ​​(از طریق میدان الکتریکی - فارادی، ماکسول).

تئوری عمل در فاصله- تعامل بین اتهامات. اجساد، فوراً منتقل می شوند
به هر فاصله ای از خلأ
تئوری عمل بسته برنده است!!

میدان الکتریکی
- از نظر مادی در اطراف یک بار الکتریکی وجود دارد.
ویژگی اصلی میدان الکتریکی: عمل با نیروی بار الکتریکی وارد شده به آن.
میدان الکترواستاتیک- میدان بار الکتریکی ساکن با زمان تغییر نمی کند.
قدرت میدان الکتریکی- ویژگی های کمی el. زمینه های.
نسبت نیرویی است که میدان بر روی بار نقطه ای معرفی شده وارد می کند به بزرگی این بار.
- به بزرگی بار معرفی شده بستگی ندارد، بلکه میدان الکتریکی را مشخص می کند!

جهت بردار کشش
منطبق با جهت بردار نیرویی است که روی آن اثر می کند بار مثبت,
و برخلاف جهت نیروی وارد بر بار منفی.

قدرت میدان شارژ نقطه ای:

که در آن q0 باری است که میدان الکتریکی ایجاد می کند.
در هر نقطه از میدان، شدت همیشه در امتداد خط مستقیمی است که این نقطه را به q0 متصل می کند.

اصل سوپرپوزیشن (OVERPOSITION) فیلدها

اگر در نقطه معینی از فضا ذرات باردار الکتریکی مختلف 1، 2، 3... و غیره وجود داشته باشد.
ایجاد میدان های الکتریکی با شدت E1، E2، E3 ... و سپس شدت حاصل
در یک نقطه معین از میدان برابر است با مجموع هندسی شدتها.

خطوط برقپست الکترونیک فیلدها - خطوط پیوسته ای که بردارها بر آنها مماس هستند
شدت میدان الکتریکی در این نقاط
میدان الکتریکی همگن- قدرت میدان در تمام نقاط این میدان یکسان است.
خواص خطوط برق:بسته نیست (رفتن از + شارژ به _)، پیوسته، قطع نمی شود،
چگالی آنها قدرت میدان را نشان می دهد (هرچه خطوط ضخیم تر باشند، شدت آنها بیشتر است).

از نظر گرافیکی لازم است بتواند نشان دهدمیدان های الکتریکی: بار نقطه ای، بارهای دو نقطه ای، صفحات
خازن (در کتاب درسی).

میدان الکتریکی
توپ شارژ شده

یک توپ رسانای باردار به شعاع R وجود دارد.

بار به طور یکنواخت فقط روی سطح توپ توزیع می شود!
ولتاژ برق زمینه های خارج:

داخل توپ E=0

هادی ها در یک میدان الکترواستاتیک

میدان الکترواستاتیک- میدان الکتریکی که توسط بارهای الکتریکی ساکن ایجاد می شود.
الکترون های آزاد- الکترون هایی که می توانند آزادانه در داخل رسانا حرکت کنند
(عمدتاً در فلزات) تحت تأثیر الکتریسیته. زمینه های؛
در طول تشکیل فلزات تشکیل می شوند: الکترون های لایه بیرونی اتم ها پیوندهای خود را از دست می دهند.
با هسته ها و شروع به تعلق به کل هادی می کند.

- در حرکت حرارتی شرکت می کند و می تواند آزادانه در سراسر هادی حرکت کند.
میدان الکترواستاتیک در داخل هادی
- هیچ میدان الکترواستاتیکی در داخل هادی وجود ندارد (E = 0) که برای یک باردار صادق است
هادی و برای یک هادی بدون بار وارد شده به میدان الکترواستاتیک خارجی. چرا؟- زیرا وجود دارد پدیده القای الکترواستاتیک، یعنی.
پدیده جدایی بار در هادی وارد شده به میدان الکترواستاتیک (خارجی)

با تشکیل یک میدان الکترواستاتیک جدید (Eut.) در داخل هادی.
در داخل هادی، هر دو فیلد (External و Eternal) یکدیگر را خنثی می کنند، سپس در داخل هادی
E = 0.
هزینه ها را می توان جدا کرد.

حفاظت الکترواستاتیک

- فلز. صفحه نمایش، که در داخل آن E = 0، زیرا تمام بار روی سطح هادی متمرکز می شود.
بار الکتریکی هادی ها
- کل بار استاتیکی هادی قرار دارد در سطح آن،داخل هادی q = 0;
- برای هادی های باردار و بدون بار در میدان الکتریکی معتبر است.
خطوط قدرت میدان الکتریکی در هر نقطه از سطح هادی عمود براین سطح

دی الکتریک در یک میدان الکترواستاتیک

میدان الکتریکی می تواند در داخل دی الکتریک وجود داشته باشد!

خواص الکتریکی اتم ها و مولکول های خنثی:
اتم خنثی بار مثبت (هسته) در مرکز متمرکز شده است.
- بار منفی - پوسته الکترونی؛
اعتقاد بر این است که به دلیل سرعت بالای حرکت
الکترون ها در مدار خود، مرکز توزیع بار منفی با مرکز اتم منطبق است.
مولکول - اغلب سیستمی از یون ها با بارهایی از علائم مخالف است،
زیرا الکترون های بیرونی ضعیف به هسته ها متصل هستند و می توانند به اتم های دیگر حرکت کنند.
دوقطبی الکتریکی - مولکولی که عموماً خنثی است، اما مراکز توزیع است
اتهامات علامت مخالف جدا می شوند. به عنوان یک مجموعه در نظر گرفته می شود
بارهای دو نقطه ای، از نظر قدر مساوی و در علامت مخالف،
در داخل مولکول در فاصله ای از یکدیگر قرار دارند.
2 نوع دی الکتریک (در ساختار مولکولی متفاوت است):
1)قطبی - مولکول هایی که دارای مراکز بارهای مثبت و منفی هستند
مطابقت ندارند (الکل، آب و غیره)؛

2)غیر قطبی - اتم ها و مولکول هایی که مراکز توزیع بار آنها بر هم منطبق است
(گازهای بی اثر، اکسیژن، هیدروژن، پلی اتیلن و غیره).

قطبش دی الکتریک ها در یک میدان الکتریکی

جابجایی بارهای مثبت و منفی در جهت مخالف،
یعنی جهت گیری مولکول ها.

پلاریزاسیون دی الکتریک های قطبی
دی الکتریک خارج از میدان الکتریکی- در نتیجه حرکت حرارتی، دوقطبی های الکتریکی جهت گیری می شوند
به طور تصادفی روی سطح و داخل دی الکتریک.
q = 0 و Eint = 0
دی الکتریک در میدان الکتریکی یکنواخت- نیروها روی دوقطبی ها وارد می شوند و گشتاور ایجاد می کنند
و دوقطبی ها را در امتداد خطوط میدان الکتریکی بچرخانید.

اما جهت دوقطبی ها فقط است جزئي،زیرا حرکت حرارتی تداخل ایجاد می کند.
بارهای محدود روی سطح دی الکتریک و بارهای دوقطبی در داخل دی الکتریک ایجاد می شوند.
یکدیگر را جبران کنند.
بنابراین، میانگین بار محدود دی الکتریک = 0.
پلاریزاسیون دی الکتریک های غیر قطبی- همچنین در یک میدان الکتریکی قطبی می شوند:
بارهای مثبت و منفی مولکول ها تغییر می کند،

مراکز توزیع بار بر هم منطبق نمی شوند (مانند دوقطبی)،
یک بار محدود روی سطح دی الکتریک ظاهر می شود و در داخل میدان الکتریکی فقط ضعیف می شود

تضعیف میدان به خواص دی الکتریک بستگی دارد.

بهره برداری از میدان الکترواستاتیک

با حرکت شارژ

میدان الکترواستاتیک- پست الکترونیک میدان شارژ ثابت
فل که بر روی شارژ عمل می کند، آن را حرکت می دهد و کار را انجام می دهد.
در یک میدان الکتریکی یکنواخت Fel = qE یک مقدار ثابت است

میدان کاری (el. force) وابسته نیستروی شکل مسیر و روی یک مسیر بسته = صفر.

انرژی بالقوه یک بدن شارژ شده

در یک میدان الکترواستاتیکی همگن

انرژی الکترواستاتیک -انرژی پتانسیل یک سیستم اجسام باردار
(از آنجایی که تعامل دارند و قادر به انجام کار هستند).

از آنجایی که کار میدان به شکل مسیر بستگی ندارد، در همان زمان

با مقایسه فرمول های کار، به دست می آوریم
انرژی پتانسیل یک بار در یک میدان الکترواستاتیک یکنواخت

اگر میدان کار مثبت انجام دهد (در امتداد خطوط نیرو)، پس انرژی پتانسیل
یک جسم باردار کاهش می یابد (اما طبق قانون بقای انرژی، جنبشی
انرژی) و بالعکس.

پتانسیل میدان الکترواستاتیک

ویژگی های انرژی الکتریکی زمینه های.
- برابر است با نسبت انرژی پتانسیل یک بار در میدان به این بار.
- یک کمیت اسکالر که انرژی پتانسیل بار را در هر نقطه از سیستم الکتریکی تعیین می کند. زمینه های.

مقدار پتانسیل نسبت به سطح صفر انتخابی محاسبه می شود.

اختلاف پتانسیل

(یا در غیر این صورت VOLTAGE)

این تفاوت پتانسیل در نقاط شروع و پایان مسیر بار است.

ولتاژ بین دو نقطه (U) برابر است با اختلاف پتانسیل بین این نقاط
و برابر است با کار میدان در جابجایی بار واحد.

رابطه بین قدرت میدان و تفاوت پتانسیل


هرچه تغییرات پتانسیل در طول قطعه مسیر کمتر باشد، قدرت میدان کمتر است.
کشش الکتریکی میدان به سمت کاهش پتانسیل هدایت می شود.

سطوح هم پتانسیل
- سطوحی که تمام نقاط آن پتانسیل یکسانی دارند

برای یک میدان همگن................................................ ..برای شارژ میدان نقطه ای
- سطح................................................ ... ................کره های متحدالمرکز
یک سطح هم پتانسیل وجود دارد در هر هادیدر میدان الکترواستاتیک،
زیرا خطوط نیرو بر سطح هادی عمود هستند.
تمام نقاط داخل هادی پتانسیل یکسانی دارند (=0).
ولتاژ داخل هادی = 0، یعنی اختلاف پتانسیل داخل = 0.

ظرفیت الکتریکی
- توانایی دو رسانا برای تجمع بار الکتریکی را مشخص می کند.
- به q و U بستگی ندارد.
- بستگی به ابعاد هندسی هادی ها، شکل، موقعیت نسبی آنها دارد.
خواص الکتریکی محیط بین هادی ها

واحدهای SI: (F - فاراد)

خازن ها

دستگاه الکتریکی که شارژ را ذخیره می کند
(دو هادی که توسط یک لایه دی الکتریک از هم جدا شده اند).

جایی که d زیاد است اندازه های کوچکتررهبر ارکستر.
تعیین در نمودارهای الکتریکی:

کل میدان الکتریکی در داخل خازن متمرکز شده است.
بار یک خازن قدر مطلق بار روی یکی از صفحات خازن است.

انواع خازن:
1. بر اساس نوع دی الکتریک: هوا، میکا، سرامیک، الکترولیتی
2. با توجه به شکل صفحات: مسطح، کروی.
3. با ظرفیت: ثابت، متغیر (قابل تنظیم).

ظرفیت الکتریکی یک خازن تخت

که در آن S مساحت صفحه (آبکاری) خازن است
د - فاصله بین صفحات
eo - ثابت الکتریکی
e - ثابت دی الکتریک دی الکتریک

از جمله خازن ها در مدار الکتریکی

موازی..........................و...................... .............استوار

سپس C برای مشترک است
اتصال موازی ...................................... .........هنگام اتصال سری

. .....................................................

انرژی یک خازن شارژ شده

خازن سیستمی از اجسام باردار و دارای انرژی است.
انرژی هر خازن:

که در آن C ظرفیت خازن است
q - شارژ خازن
U - ولتاژ روی صفحات خازن
انرژی خازن برابر با کار میدان الکتریکی است که صفحات خازن به هم نزدیک شوند.
یا برابر با کار لازم برای جداسازی بارهای مثبت و منفی هنگام شارژ یک خازن.

انرژی میدان الکتریکی یک خازن

انرژی یک خازن تقریباً برابر با مجذور ولتاژ الکتریکی است. زمینه های داخل خازن
چگالی انرژی الکتریکی میدان های خازن:

قوانین جریان DC

برق- حرکت منظم ذرات باردار (الکترون ها یا یون های آزاد).
در این حالت برق از طریق مقطع هادی منتقل می شود. بار (در طول حرکت حرارتی ذرات باردار، کل بار الکتریکی منتقل شده = 0، زیرا بارهای مثبت و منفی جبران می شوند).

جهت ایمیل جاری- در نظر گرفتن جهت حرکت ذرات باردار مثبت (از + به -) به طور معمول پذیرفته شده است.

اقدامات ایمیل جریان (در هادی):

حرارتی- گرم کردن هادی (به جز ابررساناها)؛
شیمیایی -فقط در الکترولیت ها ظاهر می شود مواد تشکیل دهنده الکترولیت بر روی الکترودها آزاد می شوند.
مغناطیسی(اصلی) - مشاهده شده در همه رساناها (انحراف سوزن مغناطیسی نزدیک هادی با جریان و اثر نیروی جریان بر روی هادی های مجاوراز طریق میدان مغناطیسی).

بشریت از زمان فیلسوفان طبیعی یونان باستان می‌دانست که بارهای الکتریکی در طبیعت وجود دارد، که کشف کردند که تکه‌های کهربا، اگر با موهای گربه مالیده شوند، شروع به دفع یکدیگر می‌کنند. امروزه می دانیم که بار الکتریکی، مانند جرم، یکی از ویژگی های اساسی ماده است. بدون استثنا، تمام ذرات بنیادی تشکیل دهنده جهان مادی، دارای یک یا آن بار الکتریکی هستند - مثبت (مانند پروتون های هسته اتم)، خنثی (مانند نوترون های همان هسته) یا منفی (مانند الکترون هایی که پوسته بیرونی هسته اتم را تشکیل می دهند و از خنثی الکتریکی آن به عنوان یک کل اطمینان می دهند) .

یکی از مفیدترین تکنیک ها در فیزیک، شناسایی ویژگی های کل (کل) یک سیستم است که با هیچ تغییری در وضعیت آن تغییر نمی کند. از نظر علمی چنین خواصی هستند محافظه کار، از آنجایی که آنها راضی هستند قوانین حفاظت. هر قانون حفاظتی به بیان این واقعیت ختم می شود که در حالت بسته (به معنای عدم وجود کامل "نشت" یا "دریافت") موارد مربوطه کمیت فیزیکی) سیستم محافظه کارمقدار مربوطه که سیستم را به طور کلی مشخص می کند در طول زمان تغییر نمی کند.

بار الکتریکی دقیقاً به دسته ویژگی های محافظه کارانه سیستم های بسته تعلق دارد. مجموع جبری بارهای الکتریکی مثبت و منفی - هزینه خالص کل سیستم- بدون توجه به فرآیندهایی که در سیستم اتفاق می افتد تحت هیچ شرایطی تغییر نمی کند. به ویژه، زمانی که واکنش های شیمیاییالکترون‌های ظرفیتی با بار منفی می‌توانند به هر طریقی بین لایه‌های بیرونی اتم‌ها توزیع شوند که پیوندهای شیمیایی تشکیل می‌دهند. مواد مختلف- نه بار منفی کل الکترون ها و نه بار مثبت کل پروتون ها در هسته در یک سیستم شیمیایی بسته تغییر نمی کند. و این ساده ترین مثال است، زیرا در طی واکنش های شیمیایی تغییری در خود پروتون ها و الکترون ها وجود ندارد، در نتیجه می توان تعداد بارهای مثبت و منفی در سیستم را به سادگی محاسبه کرد.

با بیشتر انرژی های بالابا این حال، ذرات اولیه باردار الکتریکی شروع به تعامل با یکدیگر می کنند و نظارت بر رعایت قانون پایستگی بار الکتریکی بسیار دشوارتر می شود، اما در این مورد نیز محقق می شود. به عنوان مثال، در طی واکنش فروپاشی خود به خودی یک نوترون جدا شده، فرآیندی رخ می دهد که می توان آن را با فرمول زیر توصیف کرد:

که در آن p یک پروتون با بار مثبت، n یک نوترون با بار خنثی، e یک الکترون با بار منفی، و v یک ذره خنثی به نام نوترینو است. به راحتی می توان دریافت که هم در ماده اولیه و هم در محصول واکنش، بار الکتریکی کل صفر است (0 = (+1) + (-1) + 0)، اما در این مورد تغییری وجود دارد. تعداد کلذرات باردار مثبت و منفی در سیستم. این یکی از واکنش های واپاشی رادیواکتیو است که در آن قانون بقای مجموع جبری بارهای الکتریکی با وجود تشکیل ذرات باردار جدید برآورده می شود. چنین فرآیندهایی مشخصه برهمکنش بین ذرات بنیادی است که در آن ذرات با بارهای الکتریکی دیگر از ذرات با بارهای الکتریکی یکسان متولد می شوند. بار الکتریکی کل یک سیستم بسته، در هر صورت، بدون تغییر باقی می ماند.

شارژ الکتریکی. قانون بقای بار. قانون کولمب قدرت میدان

الکترواستاتیک بخشی از مطالعه الکتریسیته است که در آن فعل و انفعالات و خواص سیستم های بارهای الکتریکی ساکن نسبت به یک قاب مرجع اینرسی انتخابی مورد مطالعه قرار می گیرد. دو نوع بار الکتریکی وجود دارد - مثبت و منفی. نیروهای برهمکنش بین اجسام یا ذرات که در اثر بارهای الکتریکی این اجسام یا ذرات ایجاد می شوند، نیروهای الکترواستاتیک نامیده می شوند. بار الکتریکی نقطه ای جسمی باردار است که شکل و ابعاد آن در این مشکل بی اهمیت است. بار الکتریکی هر سیستمی از اجسام از تعداد صحیح بارهای اولیه تشکیل شده است که تقریباً برابر با 1.6 × 10-19 درجه سانتیگراد است.

قانون پایستگی بار الکتریکی

مجموع جبری بارهای الکتریکی اجسام یا ذراتی که یک سیستم جدا شده الکتریکی را تشکیل می دهند در طی هیچ فرآیندی که در این سیستم اتفاق می افتد تغییر نمی کند.

نیروهای برهمکنش الکترواستاتیکی بین اجسام باردار از قانون کولن که به طور تجربی ایجاد شده است پیروی می کنند. بنابراین، آنها اغلب نیروهای کولن نامیده می شوند.

قانون کولمب

نیروی برهمکنش الکتریکی بین دو بار الکتریکی نقطه‌ای که در خلاء قرار دارند با حاصلضرب این بارها نسبت معکوس دارد و با مجذور فاصله بین بارها نسبت معکوس دارد و در امتداد خط مستقیمی که بارها را به هم متصل می‌کند هدایت می‌شود (شکل 1.1).

,

که e 0 = 8.85·10 -12 F/m ثابت الکتریکی است.

هر جسم باردار را می توان سیستمی از بارهای نقطه ای در نظر گرفت. بنابراین، نیروی الکترواستاتیکی که یک جسم باردار بر جسم دیگر وارد می‌کند، برابر است با مجموع هندسی نیروهای اعمال شده به تمام بارهای الکتریکی نقطه‌ای جسم دوم توسط هر بار نقطه‌ای جسم اول.

برهمکنش بین ذرات یا اجسام باردار الکتریکی که به شیوه ای دلخواه نسبت به چارچوب مرجع اینرسی حرکت می کنند از طریق انجام می شود. میدان الکترومغناطیسی، که ترکیبی از دو میدان به هم پیوسته - الکتریکی و مغناطیسی است. ویژگیمیدان الکتریکی که آن را از سایر میدان‌های فیزیکی متمایز می‌کند، این است که بر روی یک بار الکتریکی (ذره یا جسم باردار) با نیرویی که به سرعت بار بستگی ندارد، عمل می‌کند. پایه ای ویژگی های کمیمیدان الکتریکی بردار شدت میدان الکتریکی است که مشخصه نیروی آن است.

قدرت میدان الکتریکیبرابر نیروی وارد شده توسط میدان بر یک بار نقطه واحد مثبت که در یک نقطه معین از میدان قرار می گیرد، V/m.

نیرویی که میدان الکتریکی بر یک نقطه دلخواه بار الکتریکی وارد شده در آن وارد می کند q: = q، ولتاژ در محل شارژ کجاست qبرای میدان تحریف شده توسط این اتهام، یعنی. V مورد کلی، متفاوت از میدانی است که قبل از وارد کردن شارژ به آن وجود داشت q.