Ngarkesa negative e energjisë elektrike. Çfarë është Forca? Klasifikimi i Forcave

Ashtu si koncepti i masës gravitacionale të një trupi në mekanikën e Njutonit, koncepti i ngarkesës në elektrodinamikë është koncepti kryesor, themelor.

Ngarkesa elektrike është një sasi fizike që karakterizon vetinë e grimcave ose trupave për të hyrë në ndërveprime të forcës elektromagnetike.

Ngarkesa elektrike zakonisht përfaqësohet me shkronja q ose P.

Tërësia e të gjitha fakteve të njohura eksperimentale na lejon të nxjerrim përfundimet e mëposhtme:

Ekzistojnë dy lloje të ngarkesave elektrike, të quajtura në mënyrë konvencionale pozitive dhe negative.

Ngarkesat mund të transferohen (për shembull, me kontakt të drejtpërdrejtë) nga një trup në tjetrin. Ndryshe nga masa e trupit, ngarkesa elektrike nuk është një karakteristikë integrale e një trupi të caktuar. I njëjti trup në kushte të ndryshme mund të ketë një ngarkesë të ndryshme.

Ashtu si ngarkesat sprapsin, ndryshe nga ngarkesat tërheqin. Kjo gjithashtu zbulon ndryshimin themelor midis forcave elektromagnetike dhe atyre gravitacionale. Forcat gravitacionale janë gjithmonë forca tërheqëse.

Një nga ligjet themelore të natyrës është i vendosur në mënyrë eksperimentale ligji i ruajtjes së ngarkesës elektrike .

Në një sistem të izoluar, shuma algjebrike e ngarkesave të të gjithë trupave mbetet konstante:

Ligji i ruajtjes së ngarkesës elektrike thotë se në një sistem të mbyllur trupash nuk mund të vërehen proceset e krijimit ose zhdukjes së ngarkesave të vetëm një shenje.

Nga pikëpamja moderne, bartësit e ngarkesës janë grimca elementare. Të gjithë trupat e zakonshëm përbëhen nga atome, të cilat përfshijnë protone të ngarkuar pozitivisht, elektrone të ngarkuar negativisht dhe grimca neutrale - neutrone. Protonet dhe neutronet janë pjesë e bërthamave atomike, elektronet formojnë shtresën elektronike të atomeve. Ngarkesat elektrike të një protoni dhe një elektroni janë saktësisht të njëjta në madhësi dhe të barabarta me ngarkesën elementare e.

Në një atom neutral, numri i protoneve në bërthamë është i barabartë me numrin e elektroneve në guaskë. Ky numër quhet numri atomik . Një atom i një substance të caktuar mund të humbasë një ose më shumë elektrone ose të fitojë një elektron shtesë. Në këto raste, atomi neutral shndërrohet në një jon të ngarkuar pozitivisht ose negativisht.

Ngarkesa mund të transferohet nga një trup në tjetrin vetëm në pjesë që përmbajnë një numër të plotë ngarkesash elementare. Kështu, ngarkesa elektrike e një trupi është një sasi diskrete:

Quhen sasitë fizike që mund të marrin vetëm një seri vlerash diskrete të kuantizuara . Ngarkesa elementare eështë një kuantike (pjesa më e vogël) e ngarkesës elektrike. Duhet të theksohet se në fizikën moderne të grimcave elementare supozohet ekzistenca e të ashtuquajturave kuarke - grimca me ngarkesë fraksionale dhe Megjithatë, kuarkët ende nuk janë vërejtur në gjendje të lirë.

Në eksperimentet e zakonshme laboratorike, a elektrometër ( ose elektroskop) - një pajisje e përbërë nga një shufër metalike dhe një tregues që mund të rrotullohet rreth një boshti horizontal (Fig. 1.1.1). Shufra e shigjetës është e izoluar nga trupi metalik. Kur një trup i ngarkuar bie në kontakt me shufrën e elektrometrit, ngarkesat elektrike të së njëjtës shenjë shpërndahen mbi shufrën dhe treguesin. Forcat e zmbrapsjes elektrike bëjnë që gjilpëra të rrotullohet përmes një këndi të caktuar, me anë të të cilit mund të gjykohet ngarkesa e transferuar në shufrën e elektrometrit.

Elektrometri është një instrument mjaft i papërpunuar; nuk e lejon njeriun të studiojë forcat e ndërveprimit ndërmjet ngarkesave. Ligji i ndërveprimit të ngarkesave të palëvizshme u zbulua për herë të parë nga fizikani francez Charles Coulomb në 1785. Në eksperimentet e tij, Kulombi mati forcat e tërheqjes dhe zmbrapsjes së topave të ngarkuar duke përdorur një pajisje që ai projektoi - një ekuilibër rrotullimi (Fig. 1.1.2) , e cila dallohej nga ndjeshmëria jashtëzakonisht e lartë. Për shembull, trau i ekuilibrit u rrotullua 1° nën ndikimin e një force të rendit prej 10 -9 N.

Ideja e matjeve u bazua në supozimin brilant të Kulombit se nëse një top i ngarkuar vihet në kontakt saktësisht me të njëjtin pa ngarkesë, atëherë ngarkesa e të parit do të ndahet në mënyrë të barabartë mes tyre. Kështu, u tregua një mënyrë për të ndryshuar karikimin e topit me dy, tre, etj. Në eksperimentet e Kulombit, u mat ndërveprimi midis topave, dimensionet e të cilëve ishin shumë më të vogla se distanca midis tyre. Trupa të tillë të ngarkuar zakonisht quhen tarifat me pikë.

Ngarkesa me pikë quhet trup i ngarkuar, përmasat e të cilit mund të neglizhohen në kushtet e këtij problemi.

Bazuar në eksperimente të shumta, Coulomb vendosi ligjin e mëposhtëm:

Forcat e ndërveprimit ndërmjet ngarkesave të palëvizshme janë drejtpërdrejt proporcionale me produktin e modulit të ngarkesës dhe në përpjesëtim të zhdrejtë me katrorin e distancës ndërmjet tyre:

Forcat e ndërveprimit i binden ligjit të tretë të Njutonit:

Ato janë forca refuzuese me shenja të njëjta ngarkesash dhe forca tërheqëse me shenja të ndryshme (Fig. 1.1.3). Bashkëveprimi i ngarkesave elektrike stacionare quhet elektrostatike ose Kulombi ndërveprim. Dega e elektrodinamikës që studion ndërveprimin e Kulombit quhet elektrostatike .

Ligji i Kulombit është i vlefshëm për trupat e ngarkuar me pikë. Në praktikë, ligji i Kulombit është i kënaqur mirë nëse madhësitë e trupave të ngarkuar janë shumë më të vogla se distanca midis tyre.

Faktori i proporcionalitetit k në ligjin e Kulombit varet nga zgjedhja e sistemit të njësive. Në Sistemin Ndërkombëtar SI, njësia e ngarkesës merret si varëse(Cl).

Varëse është një ngarkesë që kalon në 1 s nëpër seksionin kryq të një përcjellësi me një fuqi rryme prej 1 A. Njësia e rrymës (Amper) në SI është, së bashku me njësitë e gjatësisë, kohës dhe masës njësia bazë e matjes.

Koeficienti k në sistemin SI zakonisht shkruhet si:

Ku - konstante elektrike .

Në sistemin SI, ngarkesa elementare e e barabartë me:

Përvoja tregon se forcat e ndërveprimit të Kulombit i binden parimit të mbivendosjes:

Nëse një trup i ngarkuar ndërvepron njëkohësisht me disa trupa të ngarkuar, atëherë forca që rezulton që vepron në një trup të caktuar është e barabartë me shumën vektoriale të forcave që veprojnë në këtë trup nga të gjithë trupat e tjerë të ngarkuar.

Oriz. 1.1.4 shpjegon parimin e mbivendosjes duke përdorur shembullin e bashkëveprimit elektrostatik të tre trupave të ngarkuar.

Parimi i mbivendosjes është një ligj themelor i natyrës. Sidoqoftë, përdorimi i tij kërkon njëfarë kujdes kur flasim për bashkëveprimin e trupave të ngarkuar me madhësi të fundme (për shembull, dy topa të ngarkuar përcjellës 1 dhe 2). Nëse një top i tretë i ngarkuar sillet në një sistem me dy topa të ngarkuar, atëherë ndërveprimi midis 1 dhe 2 do të ndryshojë për shkak të rishpërndarja e tarifës.

Parimi i mbivendosjes thotë se kur shpërndarje e ngarkesave të dhëna (fikse). në të gjithë trupat, forcat e bashkëveprimit elektrostatik midis dy trupave nuk varen nga prania e trupave të tjerë të ngarkuar.

Proceset fizike që ndodhin në natyrë nuk shpjegohen gjithmonë me ligjet e teorisë molekulare kinetike, mekanikës ose termodinamikës. Ka edhe forca elektromagnetike që veprojnë në distancë dhe nuk varen nga masa e trupit.

Manifestimet e tyre u përshkruan për herë të parë në veprat e shkencëtarëve të lashtë grekë, kur ata tërhoqën grimca të lehta, të vogla të substancave individuale me qelibar të fërkuar në lesh.

Kontributi historik i shkencëtarëve në zhvillimin e elektrodinamikës

Eksperimentet me qelibar u studiuan në detaje nga një studiues anglez William Gilbert. Në vitet e fundit të shekullit të 16-të, ai bëri një raport mbi punën e tij dhe caktoi objekte të afta për të tërhequr trupa të tjerë në distancë me termin "elektrizuar".

Fizikani francez Charles Dufay përcaktoi ekzistencën e ngarkesave me shenja të kundërta: disa u formuan nga fërkimi i objekteve prej qelqi në pëlhurë mëndafshi, dhe të tjerët nga rrëshirat në lesh. Kështu i quajti: xhami dhe rrëshirë. Pas përfundimit të hulumtimit Benjamin Franklin U prezantua koncepti i ngarkesave negative dhe pozitive.

Charles Coulomb kuptoi mundësinë e matjes së forcës së ngarkesave me modelin e balancave të rrotullimit të shpikjes së tij.

Robert Millikan, bazuar në një seri eksperimentesh, vendosi natyrën diskrete të ngarkesave elektrike të çdo substance, duke vërtetuar se ato përbëhen nga një numër i caktuar grimcash elementare. (Nuk duhet ngatërruar me një koncept tjetër të këtij termi - fragmentim, ndërprerje.)

Punimet e këtyre shkencëtarëve shërbyen si themeli i njohurive moderne për proceset dhe fenomenet që ndodhin në fushat elektrike dhe magnetike të krijuara nga ngarkesat elektrike dhe lëvizja e tyre, të studiuara nga elektrodinamika.

Përcaktimi i tarifave dhe parimet e ndërveprimit të tyre

Ngarkesa elektrike karakterizon vetitë e substancave që u ofrojnë atyre aftësinë për të krijuar fusha elektrike dhe për të bashkëvepruar në proceset elektromagnetike. Quhet gjithashtu sasia e energjisë elektrike dhe përcaktohet si një sasi fizike skalare. Për të treguar ngarkesën, përdoren simbolet "q" ose "Q", dhe në matje përdorin njësinë "Coulomb", të quajtur sipas shkencëtarit francez që zhvilloi një teknikë unike.

Ai krijoi një pajisje, trupi i së cilës përdorte topa të varur në një fije të hollë kuarci. Ata ishin të orientuar në hapësirë ​​në një mënyrë të caktuar dhe pozicioni i tyre u regjistrua në lidhje me një shkallë të shkallëzuar me ndarje të barabarta.

Nëpërmjet një vrime të veçantë në kapak, një top tjetër me një ngarkesë shtesë u soll këtyre topave. Forcat e ndërveprimit në zhvillim bënë që topat të devijonin dhe të kthenin krahun e tyre rrotullues. Madhësia e ndryshimit në leximet në shkallën para dhe pas futjes së një ngarkese bëri të mundur vlerësimin e sasisë së energjisë elektrike në mostrat e provës.

Një ngarkesë prej 1 kulomb karakterizohet në sistemin SI nga një rrymë prej 1 amper që kalon nëpër seksionin kryq të një përcjellësi në një kohë të barabartë me 1 sekondë.

Elektrodinamika moderne i ndan të gjitha ngarkesat elektrike në:

pozitive;

negative.

Kur ndërveprojnë me njëri-tjetrin, ato zhvillojnë forca, drejtimi i të cilave varet nga polariteti ekzistues.

Ngarkesat e të njëjtit lloj, pozitive ose negative, gjithmonë zmbrapsen në drejtime të kundërta, duke u përpjekur të largohen sa më shumë nga njëra-tjetra. Dhe akuzat e shenjave të kundërta kanë forca që tentojnë t'i afrojnë ato dhe t'i bashkojnë në një tërësi.

Parimi i mbivendosjes

Kur ka disa ngarkesa në një vëllim të caktuar, për to zbatohet parimi i mbivendosjes.

Kuptimi i saj është se çdo ngarkesë në një mënyrë të caktuar, sipas metodës së diskutuar më sipër, ndërvepron me të gjitha të tjerat, duke u tërhequr nga ato të llojeve të ndryshme dhe zmbrapsur nga ato të të njëjtit lloj. Për shembull, një ngarkesë pozitive q1 ndikohet nga forca e tërheqjes F31 në ngarkesën negative q3 dhe forca e zmbrapsjes F21 nga q2.

Forca rezultuese F1 që vepron në q1 përcaktohet nga shtimi gjeometrik i vektorëve F31 dhe F21. (F1= F31+ F21).

E njëjta metodë përdoret për të përcaktuar forcat rezultuese F2 dhe F3 në ngarkesat q2 dhe q3, përkatësisht.

Duke përdorur parimin e mbivendosjes, u arrit në përfundimin se për një numër të caktuar ngarkesash në një sistem të mbyllur, forca të qëndrueshme elektrostatike veprojnë midis të gjithë trupave të tij dhe potenciali në çdo pikë specifike në këtë hapësirë ​​është i barabartë me shumën e potencialeve nga të gjitha tarifat e aplikuara individualisht.

Efekti i këtyre ligjeve konfirmohet nga elektroskopi dhe elektrometri i krijuar nga pajisjet, të cilat kanë një parim të përgjithshëm funksionimi.

Një elektroskop përbëhet nga dy tehe identike me fletë të hollë të varur në një hapësirë ​​të izoluar nga një fije përcjellëse e ngjitur në një top metalik. Në gjendje normale, ngarkesat nuk veprojnë në këtë top, kështu që petalet varen lirshëm në hapësirën brenda llambës së pajisjes.

Si mund të transferohet ngarkesa ndërmjet trupave?

Nëse sillni një trup të ngarkuar, për shembull, një shkop, në topin e elektroskopit, ngarkesa do të kalojë përmes topit përgjatë një filli përçues te petalet. Ata do të marrin të njëjtën ngarkesë dhe do të fillojnë të largohen nga njëri-tjetri me një kënd proporcional me sasinë e aplikuar të energjisë elektrike.

Elektrometri ka të njëjtën pajisje bazë, por ka dallime të vogla: një petal është i fiksuar përgjithmonë, dhe i dyti shtrihet prej tij dhe është i pajisur me një shigjetë që ju lejon të merrni një lexim nga një shkallë e graduar.

Për të transferuar ngarkesën nga një trup i largët, i palëvizshëm dhe i ngarkuar në një elektrometër, mund të përdorni transportues të ndërmjetëm.

Matjet e bëra me elektrometër nuk kanë një klasë të lartë saktësie dhe mbi bazën e tyre është e vështirë të analizohen forcat që veprojnë ndërmjet ngarkesave. Balancat rrotulluese të Kulonit janë më të përshtatshme për studimin e tyre. Ata përdorin topa me diametër dukshëm më të vogël se distanca e tyre nga njëri-tjetri. Ato kanë vetitë e ngarkesave pika - trupave të ngarkuar, dimensionet e të cilave nuk ndikojnë në saktësinë e pajisjes.

Matjet e kryera nga Coulomb konfirmuan supozimin e tij se një ngarkesë pikësore transferohet nga një trup i ngarkuar në një trup me të njëjtat veti dhe masë, por i pa ngarkuar, në mënyrë të tillë që të shpërndahet në mënyrë të barabartë ndërmjet tyre, duke u ulur me një faktor 2 në burimi. Në këtë mënyrë, u bë e mundur të zvogëlohej shuma e tarifës me dy, tre ose herë të tjera.

Forcat që ekzistojnë ndërmjet ngarkesave elektrike të palëvizshme quhen Kulomb ose bashkëveprim statik. Ato studiohen nga elektrostatika, e cila është një nga degët e elektrodinamikës.

Llojet e bartësve të ngarkesës elektrike

Shkenca moderne e konsideron grimcën më të vogël të ngarkuar negativisht si elektron, dhe pozitronin si grimcën më të vogël të ngarkuar pozitivisht. Kanë të njëjtën masë 9,1·10-31 kg. Protoni i grimcave elementare ka vetëm një ngarkesë pozitive dhe një masë prej 1,7·10-27 kg. Në natyrë, numri i ngarkesave pozitive dhe negative është i balancuar.

Në metale, lëvizja e elektroneve krijon, dhe në gjysmëpërçuesit, bartësit e ngarkesave të tij janë elektronet dhe vrimat.

Tek gazet, rryma krijohet nga lëvizja e joneve - grimcave jo-elementare të ngarkuara (atome ose molekula) me ngarkesa pozitive, të quajtura katione ose ngarkesa negative - anione.

Jonet formohen nga grimcat neutrale.

Një ngarkesë pozitive krijohet nga një grimcë që ka humbur një elektron nën ndikimin e një shkarkimi të fuqishëm elektrik, rrezatimit të dritës ose radioaktiv, rrjedhës së erës, lëvizjes së masave ujore ose një sërë arsyesh të tjera.

Jonet negative formohen nga grimcat neutrale që kanë marrë gjithashtu një elektron.

Përdorimi i jonizimit për qëllime mjekësore dhe për jetën e përditshme

Studiuesit kanë vënë re prej kohësh aftësinë e joneve negative për të ndikuar në trupin e njeriut, për të përmirësuar konsumin e oksigjenit në ajër, për ta shpërndarë atë më shpejt në inde dhe qeliza dhe për të përshpejtuar oksidimin e serotoninës. E gjithë kjo së bashku përmirëson ndjeshëm imunitetin, përmirëson disponimin dhe lehtëson dhimbjen.

Jonizuesi i parë i përdorur për trajtimin e njerëzve u quajt Llambadarët Chizhevsky, për nder të shkencëtarit sovjetik i cili krijoi një pajisje që ka një efekt të dobishëm në shëndetin e njeriut.

Në pajisjet moderne elektrike shtëpiake mund të gjeni jonizues të integruar në fshesa me korrent, lagështues, tharëse flokësh, tharëse...

Jonizuesit specialë të ajrit pastrojnë ajrin dhe zvogëlojnë sasinë e pluhurit dhe papastërtive të dëmshme.

Jonikuesit e ujit mund të zvogëlojnë sasinë e reagentëve kimikë në përbërjen e tij. Ato përdoren për të pastruar pishinat dhe pellgjet, duke e ngopur ujin me jone bakri ose argjendi, të cilat reduktojnë rritjen e algave dhe shkatërrojnë viruset dhe bakteret.

Ngarkesa elektrike- një sasi fizike që karakterizon aftësinë e trupave për të hyrë në ndërveprime elektromagnetike. Matur në Coulombs.

Ngarkesa elektrike elementare– ngarkesa minimale që kanë grimcat elementare (ngarkesa e protonit dhe e elektroneve).

Trupi ka një ngarkesë, do të thotë se ka elektrone shtesë ose që mungojnë. Kjo tarifë është caktuar q=ne. (është e barabartë me numrin e ngarkesave elementare).

Elektrifikoni trupin– krijojnë një tepricë dhe mungesë elektronesh. Metodat: elektrifikimi nga fërkimi Dhe elektrifikimi me kontakt.

Pika agimi d është ngarkesa e trupit, e cila mund të merret si pikë materiale.

Ngarkesa testuese() – pikë, ngarkesë e vogël, gjithmonë pozitive – përdoret për të studiuar fushën elektrike.

Ligji i ruajtjes së ngarkesës:në një sistem të izoluar, shuma algjebrike e ngarkesave të të gjithë trupave mbetet konstante për çdo ndërveprim të këtyre trupave me njëri-tjetrin..

Ligji i Kulombit:forcat e ndërveprimit ndërmjet dy ngarkesave pika janë proporcionale me produktin e këtyre ngarkesave, në përpjesëtim të zhdrejtë me katrorin e distancës ndërmjet tyre, varen nga vetitë e mediumit dhe drejtohen përgjatë vijës së drejtë që lidh qendrat e tyre..

, Ku
F/m, Cl 2 /nm 2 – dielektrik. shpejtë. vakum

- lidhet. konstante dielektrike (> 1)

- përshkueshmëria absolute dielektrike. mjedisi

Fusha elektrike– një mjet material përmes të cilit ndodh bashkëveprimi i ngarkesave elektrike.

Karakteristikat e fushës elektrike:

Karakteristikat e fushës elektrike:

Tensioni(E) është një sasi vektoriale e barabartë me forcën që vepron në një ngarkesë testuese njësi të vendosur në një pikë të caktuar.

Matur në N/C.

Drejtimi– njëjtë me atë të forcës vepruese.

Tensioni nuk varet as në forcën dhe as në madhësinë e ngarkesës së provës.

Mbivendosje e fushave elektrike: forca e fushës e krijuar nga disa ngarkesa është e barabartë me shumën vektoriale të fuqive të fushës së çdo ngarkese:

Grafikisht Fusha elektronike përfaqësohet duke përdorur linjat e tensionit.

Linja e tensionit– një vijë tangjenta e së cilës në çdo pikë përkon me drejtimin e vektorit të tensionit.

Vetitë e linjave të tensionit: ato nuk kryqëzohen, në secilën pikë mund të tërhiqet vetëm një vijë; ato nuk janë të mbyllura, ata lënë një ngarkesë pozitive dhe hyjnë në një negative, ose shpërndahen në pafundësi.

Llojet e fushave:

Fushë elektrike uniforme– një fushë vektori i intensitetit të së cilës në çdo pikë është i njëjtë në madhësi dhe drejtim.

Fushë elektrike jo uniforme– një fushë vektori i intensitetit të së cilës në çdo pikë është i pabarabartë në madhësi dhe drejtim.

Fushë elektrike konstante– vektori i tensionit nuk ndryshon.

Fusha elektrike e ndryshueshme– ndryshon vektori i tensionit.

Puna e kryer nga një fushë elektrike për të lëvizur një ngarkesë.

, ku F është forcë, S është zhvendosje, - këndi ndërmjet F dhe S.

Për një fushë uniforme: forca është konstante.

Puna nuk varet nga forma e trajektores; puna e bërë për të lëvizur përgjatë një rruge të mbyllur është zero.

Për një fushë jo uniforme:

Potenciali i fushës elektrike– raporti i punës së kryer nga fusha, duke lëvizur një ngarkesë elektrike provë në pafundësi, me madhësinë e kësaj ngarkese.

-potencial– karakteristikë energjetike e fushës. Matur në volt

Diferenca e mundshme:

Nëse
, Kjo

, Do të thotë

-gradient potencial.

Për një fushë uniforme: diferenca potenciale - tensionit:

. Ajo matet në Volt, pajisjet janë voltmetra.

Kapaciteti elektrik– aftësia e trupave për të grumbulluar ngarkesë elektrike; raporti i ngarkesës ndaj potencialit, i cili është gjithmonë konstant për një përcjellës të caktuar.

.

Nuk varet nga ngarkesa dhe nuk varet nga potenciali. Por kjo varet nga madhësia dhe forma e përcjellësit; mbi vetitë dielektrike të mediumit.

, ku r është madhësia,
- përshkueshmëria e mjedisit rreth trupit.

Kapaciteti elektrik rritet nëse ndonjë trup - përcjellës ose dielektrikë - është afër.

Kondensator– pajisje për akumulimin e ngarkesës. Kapaciteti elektrik:

Kondensator i sheshtë– dy pllaka metalike me një dielektrik ndërmjet tyre. Kapaciteti elektrik i një kondensatori të sheshtë:

, ku S është sipërfaqja e pllakave, d është distanca midis pllakave.

Energjia e një kondensatori të ngarkuar e barabartë me punën e bërë nga fusha elektrike gjatë transferimit të ngarkesës nga një pllakë në tjetrën.

Transferim i vogël i tarifës
, voltazhi do të ndryshojë në
, puna është kryer
. Sepse
, dhe C =konst,
. Pastaj
. Le të integrojmë:

Energjia e fushës elektrike:
, ku V=Sl është vëllimi i zënë nga fusha elektrike

Për një fushë jo uniforme:
.

Dendësia vëllimore e fushës elektrike:
. E matur në J/m 3.

Dipol elektrik– një sistem i përbërë nga dy ngarkesa elektrike me pikë të barabarta, por të kundërta, të vendosura në një distancë nga njëra-tjetra (krahu dipol -l).

Karakteristika kryesore e një dipoli është moment dipol– një vektor i barabartë me produktin e ngarkesës dhe krahut të dipolit, i drejtuar nga ngarkesa negative në atë pozitive. I caktuar
. Matur në metra Kulomb.

Dipol në një fushë elektrike uniforme.

Forcat e mëposhtme veprojnë në secilën ngarkesë të dipolit:
Dhe
. Këto forca janë të drejtuara në të kundërt dhe krijojnë një moment të një çifti forcash - një çift rrotullues:, ku

M – çift rrotullues F – forcat që veprojnë në dipol

d – krahu i pragut – krahu dipol

p – momenti dipol E – tensioni

- këndi ndërmjet p Eq – ngarkesa

Nën ndikimin e një çift rrotullues, dipoli do të rrotullohet dhe do të rreshtohet në drejtim të linjave të tensionit. Vektorët p dhe E do të jenë paralelë dhe me një drejtim.

Dipol në një fushë elektrike jo uniforme.

Ekziston një çift rrotullues, që do të thotë se dipoli do të rrotullohet. Por forcat do të jenë të pabarabarta dhe dipoli do të lëvizë atje ku forca është më e madhe.

-gradient tensioni. Sa më i lartë të jetë gradienti i tensionit, aq më e lartë është forca anësore që tërheq dipolin. Dipoli është i orientuar përgjatë vijave të forcës.

Fusha e brendshme dipole.

Por . Pastaj:

.

Le të jetë dipoli në pikën O dhe krahu i tij të jetë i vogël. Pastaj:

.

Formula është marrë duke marrë parasysh:

Kështu, ndryshimi i potencialit varet nga sinusi i gjysmës së këndit në të cilin pikat e dipolit janë të dukshme dhe nga projeksioni i momentit të dipolit në vijën e drejtë që lidh këto pika.

Dielektrikët në një fushë elektrike.

Dielektrike- një substancë që nuk ka ngarkesa të lira, dhe për këtë arsye nuk përcjell rrymë elektrike. Sidoqoftë, në fakt, përçueshmëria ekziston, por është e papërfillshme.

Klasat dielektrike:

me molekulat polare (uji, nitrobenzeni): molekulat nuk janë simetrike, qendrat e masës së ngarkesave pozitive dhe negative nuk përputhen, që do të thotë se kanë një moment dipoli edhe në rastin kur nuk ka fushë elektrike.

me molekula jo polare (hidrogjen, oksigjen): molekulat janë simetrike, qendrat e masës së ngarkesave pozitive dhe negative përputhen, që do të thotë se ato nuk kanë një moment dipoli në mungesë të një fushe elektrike.

kristalore (klorur natriumi): një kombinim i dy nënshtresave, njëra prej të cilave është e ngarkuar pozitivisht dhe tjetra e ngarkuar negativisht; në mungesë të një fushe elektrike, momenti total i dipolit është zero.

Polarizimi– procesi i ndarjes hapësinore të ngarkesave, shfaqja e ngarkesave të lidhura në sipërfaqen e dielektrikut, që çon në një dobësim të fushës brenda dielektrikut.

Metodat e polarizimit:

Metoda 1 - polarizimi elektrokimik:

Në elektroda - lëvizja e kationeve dhe anioneve drejt tyre, neutralizimi i substancave; formohen zona me ngarkesa pozitive dhe negative. Rryma gradualisht zvogëlohet. Shkalla e vendosjes së mekanizmit të neutralizimit karakterizohet nga koha e relaksimit - kjo është koha gjatë së cilës emf i polarizimit rritet nga 0 në maksimum nga momenti i aplikimit të fushës. = 10 -3 -10 -2 s.

Metoda 2 - polarizimi orientues:

Në sipërfaqen e dielektrikut formohen polare të pakompensuar, d.m.th. ndodh dukuria e polarizimit. Tensioni brenda dielektrikut është më i vogël se tensioni i jashtëm. Koha e relaksimit: = 10 -13 -10 -7 s. Frekuenca 10 MHz.

Metoda 3 - polarizimi elektronik:

Karakteristikë e molekulave jopolare që bëhen dipole. Koha e relaksimit: = 10 -16 -10 -14 s. Frekuenca 10 8 MHz.

Metoda 4 - polarizimi i joneve:

Dy rrjeta (Na dhe Cl) janë zhvendosur në raport me njëra-tjetrën.

Koha e relaksimit:

Metoda 5 - polarizimi mikrostrukturor:

Karakteristikë e strukturave biologjike kur ndërrohen shtresat e ngarkuara dhe të pangarkuara. Ekziston një rishpërndarje e joneve në ndarjet gjysmë të përshkueshme ose jo-përshkueshme.

Koha e relaksimit: =10 -8 -10 -3 s. Frekuenca 1 KHz

Karakteristikat numerike të shkallës së polarizimit:

Rryma elektrike– kjo është lëvizja e urdhëruar e tarifave falas në materie ose në vakum.

Kushtet për ekzistimin e rrymës elektrike:

prania e tarifave falas

prania e një fushe elektrike, d.m.th. forcat që veprojnë për këto akuza

Forca aktuale- një vlerë e barabartë me ngarkesën që kalon nëpër çdo seksion kryq të një përcjellësi për njësi të kohës (1 sekondë)

Matur në Amper.

n – përqendrimi i ngarkesës

q – vlera e tarifës

S - zona e seksionit kryq të përcjellësit

- shpejtësia e lëvizjes së drejtuar të grimcave.

Shpejtësia e lëvizjes së grimcave të ngarkuara në një fushë elektrike është e vogël - 7 * 10 -5 m / s, shpejtësia e përhapjes së fushës elektrike është 3 * 10 8 m / s.

Dendësia e rrymës– sasia e ngarkesës që kalon në një seksion kryq prej 1 m2 në 1 sekondë.

. E matur në A/m2.

- forca që vepron mbi jonin nga fusha elektrike është e barabartë me forcën e fërkimit

- lëvizshmëria e joneve

- shpejtësia e lëvizjes së drejtimit të joneve = lëvizshmëria, forca e fushës

Sa më i madh përqendrimi i joneve, ngarkesa dhe lëvizshmëria e tyre, aq më e madhe është përçueshmëria specifike e elektrolitit. Me rritjen e temperaturës, lëvizshmëria e joneve rritet dhe përçueshmëria elektrike rritet.

Duke përdorur një shufër qelqi të fërkuar me mëndafsh, do të ngarkojmë një kuti fishekësh të lehtë të varur në një fije mëndafshi dhe do t'i sjellim një copë dylli vulosës të ngarkuar nga fërkimi me leshin. Mëngë do të tërhiqet nga dylli vulosës (Fig. 7). Megjithatë, ne pamë (§1) se e njëjta kuti fishekësh e varur zmbrapset nga xhami që e ngarkoi atë. Kjo tregon se tarifat që lindin në xhami dhe dyll ndryshojnë në cilësi.

Oriz. 7. Një mëngë letre e ngarkuar nga qelqi tërhiqet nga dylli vulosës i elektrizuar.

Përvoja e mëposhtme e tregon këtë edhe më qartë. Le të ngarkojmë dy elektroskopë identikë duke përdorur një shufër qelqi dhe t'i lidhim shufrat e tyre me tela metalike, duke e mbajtur këtë të fundit nga doreza izoluese. Nëse elektroskopët janë plotësisht identikë, atëherë pas lidhjes devijimet e gjetheve të tyre bëhen të barabarta, duke treguar që ngarkesa totale shpërndahet në mënyrë të barabartë midis të dy elektroskopëve. Le të ngarkojmë tani njërin nga elektroskopët duke përdorur xhami, dhe tjetrin duke përdorur dyll vulosës dhe, për më tepër, në mënyrë që devijimet e gjetheve të tyre të bëhen të barabarta dhe t'i lidhim përsëri (Fig. 8). Të dy elektroskopët do të jenë të pa ngarkuar, që do të thotë se ngarkesat e xhamit dhe ngarkesat e dyllit vulosës, të marra në sasi të barabarta, neutralizojnë ose kompensojnë njëra-tjetrën.

Oriz. 8. Dy elektroskopë identikë, të ngarkuar me ngarkesa të kundërta dhe të lidhur me një përcjellës, shkarkohen; ngarkesat e barabarta të kundërta nuk prodhojnë asnjë ngarkesë kur kombinohen

Nëse do të kishim përdorur trupa të tjerë të ngarkuar në këto eksperimente, do të kishim gjetur se disa prej tyre veprojnë si xhami i ngarkuar, d.m.th., ata zmbrapsen nga ngarkesat e xhamit dhe tërhiqen nga ngarkesat e dyllit vulosës, dhe disa veprojnë si të ngarkuar. dylli vulosës, d.m.th tërhiqen nga ngarkesat e qelqit dhe zmbrapsen nga akuzat e dyllit vulosës. Pavarësisht nga bollëku i substancave të ndryshme në natyrë, ekzistojnë vetëm dy lloje të ndryshme ngarkesash elektrike.

Ne shohim se ngarkesat e xhamit dhe dyllit vulosës mund të anulojnë njëra-tjetrën. Por sasive që, kur shtohen, pakësojnë njëra-tjetrën, zakonisht u caktohen shenja të ndryshme.

Prandaj, ne ramë dakord të caktojmë shenja për ngarkesat elektrike, duke i ndarë ngarkesat në pozitive dhe negative (Fig. 8).

Trupat e ngarkuar pozitivisht janë ata që veprojnë mbi trupat e tjerë të ngarkuar në të njëjtën mënyrë si qelqi i elektrizuar nga fërkimi ndaj mëndafshit. Trupat që veprojnë në të njëjtën mënyrë si dylli mbyllës i elektrizuar nga fërkimi në lesh quhen të ngarkuar negativisht. Nga eksperimentet e përshkruara më sipër, rezulton se ngarkesat e ngjashme sprapsin, ndryshe nga ngarkesat tërheqin).

4.1. Një elektroskop i ngarkuar me një shkop dylli preket me xhami të ngarkuar. Si do të ndryshojë devijimi i fletëve?

4.2. Kur një shufër bronzi e mbajtur në dorë fërkohet me mëndafsh, ky i fundit nuk elektrizohet. Megjithatë, nëse ky eksperiment kryhet duke izoluar shufrën nga dora, për shembull duke e mbështjellë me gome, mbi të do të lindin ngarkesa. Shpjegoni ndryshimin në rezultatet në këto dy eksperimente.

4.3. Si mund të hiqni ngarkesat elektrike nga një dielektrik, siç është një shufër xhami e elektrizuar, me një pishtar në dorë?

4.4. Qëndroni në një dërrasë druri të vendosur mbi katër mbështetëse izoluese, si gota të forta qelqi, merrni një copë leshi në dorë dhe filloni të rrihni gëzofin në tryezën e drurit. Shoku juaj mund të nxjerrë një shkëndijë nga trupi juaj duke ngritur dorën drejt tij. Shpjegoni se çfarë ndodh.

4.5. Si mund të vërtetojmë eksperimentalisht se mëndafshi, kur fërkohet me qelqin, elektrizohet dhe, për më tepër, negativisht?