Pagsingil ng kuryente. Ang discreteness nito

Pagsingil ng kuryente. Ang discreteness nito. Batas ng konserbasyon ng singil sa kuryente. Ang batas ng Coulomb sa vector at scalar form.

Pagsingil ng kuryente ay isang pisikal na dami na nagpapakilala sa ari-arian ng mga particle o katawan na pumasok sa mga interaksyon ng electromagnetic force. Ang singil sa kuryente ay karaniwang tinutukoy ng mga letrang q o Q. Mayroong dalawang uri ng mga singil sa kuryente, karaniwang tinatawag na positibo at negatibo. Maaaring ilipat ang mga singil (halimbawa, sa pamamagitan ng direktang pakikipag-ugnayan) mula sa isang katawan patungo sa isa pa. Hindi tulad ng body mass, ang electric charge ay hindi isang mahalagang katangian ng isang partikular na katawan. Ang parehong katawan sa ilalim ng iba't ibang mga kondisyon ay maaaring magkaroon ng ibang singil. Tulad ng mga singil ay nagtataboy, hindi katulad ng mga singil na umaakit. Ang electron at proton ay mga carrier ng elementarya na negatibo at positibong singil, ayon sa pagkakabanggit. Ang yunit ng electric charge ay isang coulomb (C) - isang electric charge na dumadaan sa cross section ng isang conductor sa kasalukuyang lakas na 1 A sa 1 s.

Ang singil ng kuryente ay discrete, ibig sabihin, ang singil ng anumang katawan ay isang integer multiple ng elementarya na singil sa kuryente e ().

Batas ng konserbasyon ng bayad: ang algebraic na kabuuan ng mga singil sa kuryente ng anumang saradong sistema (isang sistema na hindi nakikipagpalitan ng mga singil sa mga panlabas na katawan) ay nananatiling hindi nagbabago: q1 + q2 + q3 + ... +qn = const.

Batas ng Coulomb: Ang puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng dalawang puntong mga singil sa kuryente ay proporsyonal sa laki ng mga singil na ito at baligtad na proporsyonal sa parisukat ng distansya sa pagitan nila.

(sa scalar form)

Kung saan F - Coulomb force, q1 at q2 - Electric charge ng katawan, r - Distansya sa pagitan ng mga charge, e0 = 8.85*10^(-12) - Electric constant, e - Dielectric constant ng medium, k = 9*10^ 9 - Salik ng proporsyonalidad.

Upang matugunan ang batas ng Coulomb, 3 kundisyon ang kinakailangan:

Kundisyon 1: Pointedness ng charges - iyon ay, ang distansya sa pagitan ng mga charged body ay mas malaki kaysa sa kanilang mga laki

Kundisyon 2: Kawalang-kilos ng mga singil. Kung hindi, magkakabisa ang mga karagdagang epekto: ang magnetic field ng isang gumagalaw na singil at ang katumbas na karagdagang puwersa ng Lorentz na kumikilos sa isa pang gumagalaw na singil

Kundisyon 3: Interaksyon ng mga singil sa isang vacuum

Sa anyo ng vector ang batas ay nakasulat tulad ng sumusunod:

Nasaan ang puwersa kung saan kumikilos ang charge 1 sa charge 2; q1, q2 - magnitude ng mga singil; - radius vector (vector na nakadirekta mula sa charge 1 hanggang charge 2, at katumbas, sa ganap na halaga, sa distansya sa pagitan ng mga charge - ); k - koepisyent ng proporsyonalidad.

Lakas ng electrostatic field. Expression para sa lakas ng electrostatic field ng isang point charge sa vector at scalar form. Electric field sa vacuum at matter. Ang dielectric na pare-pareho.

Ang lakas ng electrostatic field ay isang vector force na katangian ng field at ayon sa numero ay katumbas ng puwersa kung saan kumikilos ang field sa isang unit test charge na ipinakilala sa isang partikular na punto sa field:

Ang yunit ng pag-igting ay 1 N/C - ito ang intensity ng isang electrostatic field na kumikilos sa singil na 1 C na may puwersa na 1 N. Ang pag-igting ay ipinahayag din sa V/m.

Tulad ng sumusunod mula sa pormula at batas ng Coulomb, ang lakas ng field ng isang point charge sa isang vacuum

o

Ang direksyon ng vector E ay tumutugma sa direksyon ng puwersa na kumikilos sa positibong singil. Kung ang patlang ay nilikha sa pamamagitan ng isang positibong singil, pagkatapos ay ang vector E ay nakadirekta sa kahabaan ng radius vector mula sa singil patungo sa panlabas na espasyo (repulsion ng test positive charge); kung ang patlang ay nilikha ng isang negatibong singil, ang vector E ay nakadirekta patungo sa singil.

yun. Ang pag-igting ay isang puwersang katangian ng isang electrostatic field.

Upang graphical na kumatawan sa electrostatic field, gumamit ng vector intensity lines ( mga linya ng kuryente). Ang density ng mga linya ng field ay maaaring gamitin upang hatulan ang laki ng pag-igting.

Kung ang field ay nilikha ng isang sistema ng mga singil, kung gayon ang nagresultang puwersa na kumikilos sa isang test charge na ipinakilala sa isang partikular na punto sa field ay katumbas ng geometric na kabuuan ng mga puwersang kumikilos sa test charge mula sa bawat singil sa punto nang hiwalay. Samakatuwid, ang intensity sa isang naibigay na punto ng field ay katumbas ng:

Ang ratio na ito ay nagpapahayag prinsipyo ng field superposition: ang lakas ng resultang field na nilikha ng isang sistema ng mga singil ay katumbas ng geometric na kabuuan ng mga lakas ng field na nilikha sa isang naibigay na punto ng bawat singil nang hiwalay.

Ang isang electric current sa isang vacuum ay maaaring malikha sa pamamagitan ng iniutos na paggalaw ng anumang sisingilin na mga particle (mga electron, ions).

Ang dielectric na pare-pareho- isang dami na nagpapakilala sa mga katangian ng dielectric ng isang medium - ang tugon nito sa isang electric field.

Sa karamihan ng mga dielectric sa mga hindi masyadong malakas na field, ang dielectric constant ay hindi nakasalalay sa field E. Sa malakas na electric field (maihahambing sa intra-atomic field), at sa ilang dielectrics sa mga ordinaryong field, ang dependence ng D sa E ay nonlinear. Gayundin, ipinapakita ng dielectric constant kung gaano karaming beses ang puwersa ng interaksyon F sa pagitan ng mga singil sa kuryente sa isang partikular na medium ay mas mababa kaysa sa puwersa ng pakikipag-ugnayan ng mga ito Fo sa isang vacuum.

Ang relatibong dielectric constant ng isang substance ay maaaring matukoy sa pamamagitan ng paghahambing ng capacitance ng isang test capacitor na may ibinigay na dielectric (Cx) at ang capacitance ng parehong capacitor sa vacuum (Co):

Ang prinsipyo ng superposisyon bilang isang pangunahing pag-aari ng mga patlang. Pangkalahatang mga expression para sa lakas at potensyal ng field na nilikha sa isang punto na may radius vector ng isang sistema ng mga point charge na matatagpuan sa mga puntong may mga coordinate (tingnan ang talata 4)

Kung isasaalang-alang natin ang prinsipyo ng superposisyon sa pinaka-pangkalahatang kahulugan, kung gayon, ayon dito, ang kabuuan ng impluwensya ng mga panlabas na puwersa na kumikilos sa isang butil ay ang kabuuan ng mga indibidwal na halaga ng bawat isa sa kanila. Nalalapat ang prinsipyong ito sa iba't ibang mga linear na sistema, i.e. mga sistema na ang pag-uugali ay maaaring ilarawan sa pamamagitan ng mga linear na relasyon. Ang isang halimbawa ay isang simpleng sitwasyon kung saan ang isang linear wave ay kumakalat sa isang partikular na medium, kung saan ang mga katangian nito ay mapangalagaan kahit na sa ilalim ng impluwensya ng mga kaguluhan na nagmumula sa wave mismo. Ang mga katangiang ito ay tinukoy bilang isang tiyak na kabuuan ng mga epekto ng bawat isa sa mga magkakatugmang sangkap.

Ang prinsipyo ng superposisyon ay maaaring tumagal ng iba pang mga pormulasyon na ganap na katumbas ng nasa itaas:

· Ang interaksyon sa pagitan ng dalawang particle ay hindi nagbabago kapag ang ikatlong particle ay ipinakilala, na nakikipag-ugnayan din sa unang dalawa.

· Ang enerhiya ng interaksyon ng lahat ng particle sa isang many-particle system ay ang kabuuan lamang ng mga energies ng pares na interaksyon sa pagitan ng lahat ng posibleng pares ng particle. Walang maraming-particle na pakikipag-ugnayan sa system.

· Ang mga equation na naglalarawan sa pag-uugali ng isang many-particle system ay linear sa bilang ng mga particle.

6 Ang sirkulasyon ng boltahe vector ay ang gawaing ginagawa ng mga puwersa ng kuryente kapag gumagalaw ng isang positibong singil sa isang saradong landas L

Dahil ang gawain ng mga puwersa ng electrostatic field kasama ang isang closed loop ay zero (ang gawain ng mga potensyal na puwersa ng field), samakatuwid ang sirkulasyon ng lakas ng electrostatic field kasama ang closed loop ay zero.

Potensyal sa larangan. Ang gawain ng anumang electrostatic field kapag ang paglipat ng isang sisingilin na katawan sa loob nito mula sa isang punto patungo sa isa pa ay hindi rin nakasalalay sa hugis ng tilapon, tulad ng gawain ng isang pare-parehong larangan. Sa isang closed trajectory, ang gawain ng electrostatic field ay palaging zero. Ang mga field na may ganitong pag-aari ay tinatawag na potensyal. Sa partikular, ang electrostatic field ng isang point charge ay may potensyal na karakter.
Ang gawain ng isang potensyal na larangan ay maaaring ipahayag sa mga tuntunin ng isang pagbabago sa potensyal na enerhiya. Ang formula ay wasto para sa anumang electrostatic field.

7-11Kung ang mga linya ng field ng isang pare-parehong electric field na may intensity ay tumagos sa isang tiyak na lugar S, ang daloy ng intensity vector (dati ay tinawag namin ang bilang ng mga linya ng field sa lugar) ay matutukoy ng formula:

kung saan ang En ay produkto ng vector at ang normal sa isang partikular na lugar (Larawan 2.5).

kanin. 2.5

Ang kabuuang bilang ng mga linya ng puwersa na dumadaan sa ibabaw S ay tinatawag na flux ng FU intensity vector sa ibabaw na ito.

Sa vector form, maaari nating isulat ang scalar product ng dalawang vectors, kung saan vector .

Kaya, ang vector flux ay isang scalar, na, depende sa halaga ng anggulo α, ay maaaring maging positibo o negatibo.

Tingnan natin ang mga halimbawang ipinapakita sa Figures 2.6 at 2.7.

	kanin. 2.6	kanin. 2.7

Para sa Figure 2.6, ang ibabaw A1 ay napapalibutan ng isang positibong singil at ang daloy dito ay nakadirekta palabas, i.e. Ang ibabaw A2– ay napapalibutan ng negatibong singil, dito ito ay nakadirekta papasok. Ang kabuuang pagkilos ng bagay sa ibabaw A ay zero.

Para sa Figure 2.7, ang flux ay hindi magiging zero kung ang kabuuang charge sa loob ng surface ay hindi zero. Para sa configuration na ito, negatibo ang flux sa surface A (bilangin ang bilang ng mga linya ng field).

Kaya, ang pagkilos ng bagay ng boltahe vector ay nakasalalay sa singil. Ito ang kahulugan ng Ostrogradsky-Gauss theorem.

Ang teorama ni Gauss

Ginagawang posible ng eksperimentong itinatag na batas ng Coulomb at ang prinsipyo ng superposisyon na ganap na ilarawan ang electrostatic field ng isang ibinigay na sistema ng mga singil sa isang vacuum. Gayunpaman, ang mga katangian ng electrostatic field ay maaaring ipahayag sa isa pa, mas pangkalahatang anyo, nang hindi gumagamit ng ideya ng isang Coulomb field ng isang point charge.

Ipakilala natin ang isang bagong pisikal na dami na nagpapakilala sa electric field - ang daloy Φ ng electric field strength vector. Hayaang magkaroon ng medyo maliit na lugar ΔS na matatagpuan sa espasyo kung saan nilikha ang electric field. Ang produkto ng vector modulus sa pamamagitan ng area ΔS at ang cosine ng anggulo α sa pagitan ng vector at ng normal sa site ay tinatawag na elementary flux ng intensity vector sa pamamagitan ng site na ΔS (Fig. 1.3.1):

Isaalang-alang natin ngayon ang ilang di-makatwirang saradong ibabaw S. Kung hahatiin natin ang ibabaw na ito sa maliliit na lugar ΔSi, tukuyin ang mga elementarya na daloy ΔΦi ng patlang sa pamamagitan ng maliliit na lugar na ito, at pagkatapos ay buuin ang mga ito, pagkatapos ay bilang isang resulta makuha natin ang daloy Φ ng vector sa pamamagitan ng saradong ibabaw S (Larawan 1.3.2 ):

Ang teorama ni Gauss ay nagsasaad:

Ang daloy ng electrostatic field strength vector sa pamamagitan ng arbitrary closed surface ay katumbas ng algebraic sum ng mga charge na matatagpuan sa loob ng surface na ito, na hinati sa electric constant na ε0.

kung saan ang R ay ang radius ng globo. Ang flux Φ sa pamamagitan ng isang spherical surface ay magiging katumbas ng produkto ng E at ang lugar ng sphere 4πR2. Kaya naman,

Palibutan natin ngayon ang point charge ng isang arbitrary closed surface S at isaalang-alang ang isang auxiliary sphere ng radius R0 (Fig. 1.3.3).

Isaalang-alang ang isang kono na may maliit na solidong anggulo ΔΩ sa tuktok. Ang kono na ito ay magha-highlight ng isang maliit na lugar na ΔS0 sa globo, at isang lugar na ΔS sa ibabaw na S. Ang mga elementarya na flux ΔΦ0 at ΔΦ sa mga lugar na ito ay pareho. Talaga,

Sa katulad na paraan, maipapakita na kung ang isang saradong ibabaw na S ay hindi sumasaklaw sa isang point charge q, kung gayon ang daloy Φ = 0. Ang ganitong kaso ay inilalarawan sa Fig. 1.3.2. Ang lahat ng mga linya ng puwersa ng electric field ng isang point charge ay tumagos sa saradong ibabaw S sa pamamagitan at sa pamamagitan. Walang mga singil sa loob ng surface S, kaya sa rehiyong ito ang mga linya ng field ay hindi maputol o lumabas.

Ang isang generalization ng Gauss's theorem sa kaso ng isang arbitrary charge distribution ay sumusunod mula sa superposition na prinsipyo. Ang larangan ng anumang pamamahagi ng singil ay maaaring katawanin bilang isang vector sum ng mga electric field ng mga singil sa punto. Ang daloy Φ ng isang sistema ng mga singil sa pamamagitan ng isang arbitrary na saradong ibabaw S ay ang kabuuan ng mga daloy Φi ng mga electric field ng mga indibidwal na singil. Kung ang charge qi ay nasa loob ng surface S, kung gayon ito ay gumagawa ng kontribusyon sa daloy na katumbas ng kung ang charge na ito ay nasa labas ng surface, kung gayon ang kontribusyon ng electric field nito sa daloy ay magiging katumbas ng zero.

Kaya, ang teorama ni Gauss ay napatunayan.

Ang teorama ni Gauss ay bunga ng batas ni Coulomb at ang prinsipyo ng superposisyon. Ngunit kung kukunin natin ang pahayag na nakapaloob sa theorem na ito bilang orihinal na axiom, kung gayon ang kahihinatnan nito ay ang batas ng Coulomb. Samakatuwid, kung minsan ang teorama ni Gauss ay tinatawag na alternatibong pagbabalangkas ng batas ni Coulomb.

Gamit ang teorama ni Gauss, sa ilang mga kaso, madaling kalkulahin ang lakas ng patlang ng kuryente sa paligid ng isang naka-charge na katawan kung ang ibinigay na pamamahagi ng singil ay may ilang simetrya at ang pangkalahatang istraktura ng patlang ay maaaring mahulaan nang maaga.

Ang isang halimbawa ay ang problema sa pagkalkula ng field ng isang manipis na pader, guwang, pantay na sisingilin na mahabang silindro ng radius R. Ang problemang ito ay may axial symmetry. Para sa mga kadahilanan ng mahusay na proporsyon, ang electric field ay dapat na nakadirekta kasama ang radius. Samakatuwid, upang mailapat ang teorama ni Gauss, ipinapayong pumili ng isang saradong ibabaw S sa anyo ng isang coaxial cylinder ng ilang radius r at haba l, na sarado sa magkabilang dulo (Larawan 1.3.4).

Para sa r ≥ R, ang buong flux ng intensity vector ay dadaan sa gilid na ibabaw ng silindro, ang lugar kung saan ay katumbas ng 2πrl, dahil ang flux sa parehong mga base ay zero. Ang paggamit ng teorama ni Gauss ay nagbibigay ng:

Ang resultang ito ay hindi nakadepende sa radius R ng naka-charge na silindro, kaya nalalapat din ito sa larangan ng isang mahabang unipormeng sisingilin na filament.

Upang matukoy ang lakas ng field sa loob ng isang sisingilin na silindro, kinakailangan na bumuo ng isang saradong ibabaw para sa kaso r< R. В силу симметрии задачи поток вектора напряженности через боковую поверхность гауссова цилиндра должен быть и в этом случае равен Φ = E 2πrl. Согласно теореме Гаусса, этот поток пропорционален заряду, оказавшемуся внутри замкнутой поверхности. Этот заряд равен нулю. Отсюда следует, что электрическое поле внутри однородно заряженного длинного полого цилиндра равно нулю.

Sa katulad na paraan, maaaring ilapat ng isa ang teorama ni Gauss upang matukoy ang patlang ng kuryente sa ilang iba pang mga kaso kapag ang pamamahagi ng mga singil ay may ilang uri ng simetrya, halimbawa, simetrya tungkol sa sentro, eroplano o axis. Sa bawat isa sa mga kasong ito, kinakailangan na pumili ng isang saradong ibabaw ng Gaussian ng isang naaangkop na hugis. Halimbawa, sa kaso ng central symmetry, ito ay maginhawa upang pumili ng isang Gaussian na ibabaw sa anyo ng isang globo na may gitna sa punto ng simetrya. Sa axial symmetry, ang saradong ibabaw ay dapat piliin sa anyo ng isang coaxial cylinder, sarado sa magkabilang dulo (tulad ng sa halimbawang tinalakay sa itaas). Kung ang distribusyon ng mga singil ay walang anumang simetrya at ang pangkalahatang istraktura ng electric field ay hindi mahulaan, ang aplikasyon ng Gauss's theorem ay hindi maaaring gawing simple ang problema ng pagtukoy ng lakas ng field.

Isaalang-alang natin ang isa pang halimbawa ng isang simetriko pamamahagi ng singil - pagtukoy sa larangan ng isang unipormeng sisingilin na eroplano (Larawan 1.3.5).

Sa kasong ito, ipinapayong piliin ang Gaussian surface S sa anyo ng isang silindro ng ilang haba, sarado sa magkabilang dulo. Ang axis ng silindro ay nakadirekta patayo sa sisingilin na eroplano, at ang mga dulo nito ay matatagpuan sa parehong distansya mula dito. Dahil sa mahusay na proporsyon, ang field ng isang unipormeng sisingilin na eroplano ay dapat na nakadirekta sa normal sa lahat ng dako. Ang paggamit ng teorama ni Gauss ay nagbibigay ng:

kung saan ang σ ay ang surface charge density, ibig sabihin, charge bawat unit area.

Ang resultang expression para sa electric field ng isang uniformly charged plane ay naaangkop din sa kaso ng flat charged area na may hangganan ang laki. Sa kasong ito, ang distansya mula sa punto kung saan tinutukoy ang lakas ng field sa lugar na sinisingil ay dapat na mas mababa sa laki ng lugar.

At mga iskedyul para sa 7 – 11

1. Ang intensity ng electrostatic field na nilikha ng isang unipormeng sisingilin na spherical surface.

Hayaang ang isang spherical surface ng radius R (Fig. 13.7) ay magdala ng pantay na distributed charge q, i.e. ang surface charge density sa anumang punto sa sphere ay magiging pareho.

a. Ipaloob natin ang ating spherical surface sa isang simetriko na ibabaw S na may radius r>R. Ang flux ng tension vector sa ibabaw ng S ay magiging katumbas ng

Sa pamamagitan ng teorama ni Gauss

Kaya naman

c. Gumuhit tayo sa punto B, na matatagpuan sa loob ng isang charged spherical surface, isang sphere S ng radius r

2. Electrostatic field ng bola.

Magkaroon tayo ng bola ng radius R, na pantay na sinisingil ng density ng volume.

Sa anumang punto A na nakahiga sa labas ng bola sa layong r mula sa gitna nito (r>R), ang field nito ay katulad ng field ng isang point charge na matatagpuan sa gitna ng bola. Pagkatapos ay lumabas sa bola

(13.10)

at sa ibabaw nito (r=R)

Sa punto B, nakahiga sa loob ng bola sa layong r mula sa sentro nito (r>R), ang patlang ay tinutukoy lamang ng singil na nakapaloob sa loob ng sphere na may radius r. Ang flux ng tension vector sa pamamagitan ng globo na ito ay katumbas ng

sa kabilang banda, alinsunod sa teorama ni Gauss

Mula sa isang paghahambing ng mga huling expression na ito ay sumusunod

nasaan ang dielectric constant sa loob ng bola. Ang pag-asa ng lakas ng field na nilikha ng isang charged sphere sa layo sa gitna ng bola ay ipinapakita sa (Fig. 13.10)

Ipagpalagay natin na ang isang guwang na cylindrical na ibabaw ng radius R ay sinisingil ng isang pare-parehong linear density.

Gumuhit tayo ng coaxial cylindrical surface ng radius. Ang daloy ng tension vector sa ibabaw na ito

Sa pamamagitan ng teorama ni Gauss

Mula sa huling dalawang expression, tinutukoy namin ang lakas ng field na nilikha ng isang pare-parehong sisingilin na thread:

Hayaang ang eroplano ay may walang katapusang lawak at ang singil sa bawat unit area ay katumbas ng σ. Mula sa mga batas ng simetrya ay sumusunod na ang patlang ay nakadirekta sa lahat ng dako patayo sa eroplano, at kung walang iba pang mga panlabas na singil, kung gayon ang mga patlang sa magkabilang panig ng eroplano ay dapat na pareho. Limitahan natin ang bahagi ng naka-charge na eroplano sa isang haka-haka na cylindrical na kahon, upang ang kahon ay gupitin sa kalahati at ang mga nasasakupan nito ay patayo, at ang dalawang base, bawat isa ay may isang lugar na S, ay parallel sa sisingilin na eroplano (Figure 1.10).

Kabuuang daloy ng vector; ang pag-igting ay katumbas ng vector na pinarami ng lugar S ng unang base, kasama ang pagkilos ng bagay ng vector sa kabaligtaran na base. Ang pag-igting pagkilos ng bagay sa pamamagitan ng gilid ibabaw ng silindro ay zero, dahil ang mga linya ng pag-igting ay hindi nagsalubong sa kanila. kaya, Sa kabilang banda, ayon sa teorama ni Gauss

Kaya naman

ngunit pagkatapos ay ang lakas ng patlang ng isang walang katapusang unipormeng sisingilin na eroplano ay magiging katumbas ng

Ang expression na ito ay hindi kasama ang mga coordinate, samakatuwid ang electrostatic field ay magiging pare-pareho, at ang intensity nito sa anumang punto sa field ay magiging pareho.

5. Ang lakas ng patlang na nilikha ng dalawang walang katapusang parallel na eroplano na sisingilin nang magkasalungat na may parehong densidad.

Tulad ng makikita mula sa Figure 13.13, ang lakas ng patlang sa pagitan ng dalawang walang katapusang parallel na eroplano na may mga density ng charge sa ibabaw at katumbas ng kabuuan ng mga lakas ng field na nilikha ng mga plate, i.e.

kaya,

Sa labas ng plato, ang mga vector mula sa bawat isa sa kanila ay nakadirekta sa magkasalungat na direksyon at kanselahin ang bawat isa. Samakatuwid, ang lakas ng field sa puwang na nakapalibot sa mga plato ay magiging zero E=0.

12. Field ng isang unipormeng sisingilin na globo.

Hayaang malikha ang electric field ng singil Q, pantay na ipinamamahagi sa ibabaw ng isang globo ng radius R(Larawan 190). Upang kalkulahin ang potensyal ng patlang sa isang arbitrary na punto na matatagpuan sa malayo r mula sa gitna ng globo, kinakailangan upang kalkulahin ang gawaing ginawa ng field kapag naglilipat ng isang yunit na positibong singil mula sa isang naibigay na punto patungo sa kawalang-hanggan. Noong nakaraan, napatunayan namin na ang lakas ng field ng isang unipormeng sisingilin na sphere sa labas nito ay katumbas ng field ng isang point charge na matatagpuan sa gitna ng globo. Dahil dito, sa labas ng sphere, ang field potential ng sphere ay mag-tutugma sa field potential ng isang point charge

φ (r)=Q 4πε 0r . (1)

Sa partikular, sa ibabaw ng globo ang potensyal ay katumbas ng φ 0=Q 4πε 0R. Walang electrostatic field sa loob ng globo, kaya ang gawaing ginawa upang ilipat ang isang singil mula sa isang arbitrary na punto na matatagpuan sa loob ng globo patungo sa ibabaw nito ay zero A= 0, samakatuwid ang potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng mga puntong ito ay zero Δ din φ = -A= 0. Dahil dito, ang lahat ng mga punto sa loob ng globo ay may parehong potensyal, na tumutugma sa potensyal ng ibabaw nito φ 0=Q 4πε 0R .

Kaya, ang pamamahagi ng potensyal na patlang ng isang unipormeng sisingilin na globo ay may anyo (Fig. 191)

φ (r)=⎧⎩⎨Q 4πε 0R, npu r<RQ 4πε 0r, npu r>R . (2)

Pakitandaan na walang field sa loob ng sphere, at ang potential ay non-zero! Ang halimbawang ito ay isang malinaw na paglalarawan ng katotohanan na ang potensyal ay tinutukoy ng halaga ng field mula sa isang partikular na punto hanggang sa infinity.

Dipole.

Ang isang dielectric (tulad ng anumang sangkap) ay binubuo ng mga atomo at molekula. Dahil ang positibong singil ng lahat ng nuclei ng molekula ay katumbas ng kabuuang singil ng mga electron, ang molekula sa kabuuan ay neutral sa kuryente.

Ang unang pangkat ng dielectrics(N 2, H 2, O 2, CO 2, CH 4, ...) ay mga sangkap na ang mga molekula ay may simetriko na istraktura, ibig sabihin, ang mga sentro ng "gravity" ng positibo at negatibong mga singil sa kawalan ng isang panlabas na electric field ay nag-tutugma at, samakatuwid, ang dipole moment ng molekula R katumbas ng zero.Molecules ang mga naturang dielectric ay tinatawag hindi polar. Sa ilalim ng impluwensya ng isang panlabas na patlang ng kuryente, ang mga singil ng mga non-polar na molekula ay inilipat sa magkasalungat na direksyon (positibo sa kahabaan ng patlang, negatibo laban sa patlang) at ang molekula ay nakakakuha ng isang dipole na sandali.

Halimbawa, isang hydrogen atom. Sa kawalan ng isang patlang, ang sentro ng pamamahagi ng negatibong singil ay tumutugma sa posisyon ng positibong singil. Kapag naka-on ang field, lumilipat ang positibong charge sa direksyon ng field, ang negatibong charge ay gumagalaw laban sa field (Larawan 6):

Larawan 6

Modelo ng isang non-polar dielectric - elastic dipole (Larawan 7):

Larawan 7

Ang dipole moment ng dipole na ito ay proporsyonal sa electric field

Ang pangalawang pangkat ng dielectrics(H 2 O, NH 3, SO 2, CO,...) ay mga sangkap na mayroon ang mga molekula asymmetrical na istraktura, ibig sabihin. ang mga sentro ng "gravity" ng positibo at negatibong mga singil ay hindi nagtutugma. Kaya, ang mga molekula na ito ay may dipole moment sa kawalan ng panlabas na electric field. Molecules ang mga naturang dielectric ay tinatawag polar. Sa kawalan ng panlabas na larangan, gayunpaman, Ang dipole moments ng mga polar molecule dahil sa thermal motion ay random na naka-orient sa espasyo at ang resultang moment ay zero.. Kung ang gayong dielectric ay inilalagay sa isang panlabas na patlang, kung gayon ang mga puwersa ng patlang na ito ay may posibilidad na paikutin ang mga dipoles sa kahabaan ng patlang at isang hindi-zero na nagreresultang metalikang kuwintas.

Polar - ang mga sentro ng "+" na singil at ang mga sentro ng "-" na singil ay inilipat, halimbawa, sa molekula ng tubig H 2 O.

Modelo ng isang polar dielectric rigid dipole:

Larawan 8

Dipole moment ng molekula:

Ang ikatlong pangkat ng dielectrics(NaCl, KCl, KBr, ...) ay mga sangkap na ang mga molekula ay may ionic na istraktura. Ang mga ionic na kristal ay mga spatial na sala-sala na may regular na paghalili ng mga ion ng iba't ibang mga palatandaan. Sa mga kristal na ito imposibleng ihiwalay ang mga indibidwal na molekula, ngunit maaari silang ituring bilang isang sistema ng dalawang ionic sublattice na itinulak sa isa't isa. Kapag ang isang electric field ay inilapat sa isang ionic na kristal, ang ilang pagpapapangit ng kristal na sala-sala o isang kamag-anak na pag-aalis ng mga sublattice ay nangyayari, na humahantong sa paglitaw ng mga dipole na sandali.

Produkto ng bayad | Q| dipole sa kanyang balikat l tinatawag na electric dipole moment:

p=|Q|l.

Dipole field lakas

saan R- electric dipole moment; r- module ng radius vector na iginuhit mula sa gitna ng dipole hanggang sa punto kung saan interesado tayo sa lakas ng field; α- anggulo sa pagitan ng radius vector r at balikat l dipoles (Larawan 16.1).

Ang lakas ng dipole field sa isang puntong nakahiga sa dipole axis (α=0),

at sa isang puntong nakahiga patayo sa dipole arm, nakataas mula sa gitna nito () .

Potensyal na larangan ng dipole

Ang potensyal ng dipole field sa isang puntong nakahiga sa dipole axis (α = 0),

at sa isang puntong nakahiga patayo sa dipole arm, nakataas mula sa gitna nito () , φ = 0.

Mechanical na sandali, kumikilos sa isang dipole na may electric moment R, inilagay sa isang pare-parehong electric field na may intensity E,

M=[p;E](pagparami ng vector), o M=pE kasalanan α ,

kung saan ang α ay ang anggulo sa pagitan ng mga direksyon ng mga vector R At E.

· kasalukuyang lakas ako (nagsisilbing quantitative measure ng electric current) - isang scalar na pisikal na dami na tinutukoy ng electric charge na dumadaan sa cross section ng isang conductor sa bawat unit time:

· kasalukuyang density - pisikal dami na tinutukoy ng lakas ng kasalukuyang dumadaan sa isang unit na cross-sectional area ng isang konduktor na patayo sa direksyon ng kasalukuyang

- vector, nakatuon sa direksyon ng kasalukuyang (i.e. ang direksyon ng vector j tumutugma sa direksyon ng iniutos na paggalaw ng mga positibong singil.

Ang yunit ng kasalukuyang density ay ampere per meter squared (A/m2).

Kasalukuyang lakas sa pamamagitan ng isang arbitrary na ibabaw S tinukoy bilang ang daloy ng vector j, ibig sabihin.

· Pagpapahayag para sa kasalukuyang density sa mga tuntunin ng average na bilis ng kasalukuyang mga carrier at ang kanilang konsentrasyon

Sa panahon ng dt, ang mga singil ay dadaan sa platform dS, na may pagitan mula rito nang hindi hihigit sa vdt (ang expression para sa distansya sa pagitan ng mga singil at platform sa mga tuntunin ng bilis)

Ang singil dq ay dumaan sa dS sa panahon ng dt

kung saan ang q 0 ay ang singil ng isang carrier; n ay ang bilang ng mga singil sa bawat dami ng yunit (i.e.

konsentrasyon): dS·v·dt - volume.

samakatuwid, ang expression para sa kasalukuyang density sa mga tuntunin ng average na bilis ng kasalukuyang mga carrier at ang kanilang konsentrasyon ay may sumusunod na anyo:

· D.C.– isang agos na ang lakas at direksyon ay hindi nagbabago sa paglipas ng panahon.

saan q- singil ng kuryente na dumadaan sa paglipas ng panahon t sa pamamagitan ng cross section ng konduktor. Ang yunit ng kasalukuyang ay ampere (A).

· panlabas na pwersa at EMF ng kasalukuyang pinagmulan

pwersa sa labas - lakas di-electrostatic na pinagmulan, kumikilos sa mga singil mula sa kasalukuyang mga mapagkukunan.

Ang mga panlabas na puwersa ay gumagana upang ilipat ang mga singil sa kuryente.

Ang mga puwersang ito ay electromagnetic sa kalikasan:

at ang kanilang trabaho sa paglilipat ng test charge q ay proporsyonal sa q:

· Ang isang pisikal na dami na tinutukoy ng gawaing ginawa ng mga panlabas na puwersa kapag gumagalaw ang isang yunit na positibong singil ay tinatawagelectromotive force (emf), kumikilos sa circuit:

kung saan ang e ay tinatawag na electromotive force ng kasalukuyang pinagmumulan. Ang sign na "+" ay tumutugma sa kaso kung kailan, kapag gumagalaw, ang pinagmulan ay dumadaan sa direksyon ng pagkilos ng mga panlabas na puwersa (mula sa negatibong plato hanggang sa positibo), "-" - sa kabaligtaran na kaso

· Batas ng Ohm para sa isang seksyon ng circuit

Ang pangunahing batas ng pakikipag-ugnayan ng mga singil sa kuryente ay natagpuan sa eksperimento ni Charles Coulomb noong 1785. Natagpuan iyon ni Coulomb ang puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng dalawang maliit na sisingilin na bolang metal ay inversely proportional sa parisukat ng distansya sa pagitan nila at depende sa laki ng mga singil At :

,

saan -salik ng proporsyonalidad
.

Mga puwersang kumikilos sa mga singil, ay sentral , iyon ay, sila ay nakadirekta sa tuwid na linya na nagkokonekta sa mga singil.

Batas ng Coulomb maaaring isulat sa anyo ng vector:
,

saan -gilid ng charge ,

- radius vector na kumukonekta sa charge may bayad ;

- module ng radius vector.

Sapilitang kumilos sa paratang mula sa labas katumbas ng
,
.

Batas ng Coulomb sa anyong ito

patas para lamang sa interaksyon ng mga point electric charges, iyon ay, tulad ng mga sisingilin na katawan na ang mga linear na sukat ay maaaring mapabayaan kung ihahambing sa distansya sa pagitan ng mga ito.

nagpapahayag ng lakas ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga nakatigil na singil sa kuryente, iyon ay, ito ang batas ng electrostatic.

Pagbubuo ng batas ni Coulomb:

Ang puwersa ng pakikipag-ugnayan ng electrostatic sa pagitan ng dalawang puntong mga singil sa kuryente ay direktang proporsyonal sa produkto ng mga magnitude ng mga singil at inversely proporsyonal sa parisukat ng distansya sa pagitan nila.

Salik ng proporsyonalidad sa batas ni Coulomb depende

mula sa mga katangian ng kapaligiran

pagpili ng mga yunit ng pagsukat ng mga dami na kasama sa formula.

kaya lang maaaring katawanin ng kaugnayan
,

saan -koepisyent depende lamang sa pagpili ng sistema ng mga yunit ng pagsukat;

- isang walang sukat na dami na nagpapakilala sa mga katangian ng elektrikal ng daluyan ay tinatawag relatibong dielectric na pare-pareho ng daluyan . Hindi ito nakasalalay sa pagpili ng sistema ng mga yunit ng pagsukat at katumbas ng isa sa isang vacuum.

Pagkatapos ang batas ng Coulomb ay kukuha ng anyo:
,

para sa vacuum
,

Pagkatapos
-ang relatibong dielectric constant ng isang medium ay nagpapakita kung gaano karaming beses sa isang partikular na medium ang puwersa ng interaksyon sa pagitan ng dalawang puntong electric charges At , na matatagpuan sa isang distansya mula sa bawat isa , mas mababa kaysa sa isang vacuum.

Sa sistema ng SI koepisyent
, At

Ang batas ng Coulomb ay may anyo:
.

Ito rationalized notation ng batas K mahuli.

- pare-pareho ang kuryente,
.

Sa sistema ng SGSE
,
.

Sa anyo ng vector, ang batas ni Coulomb kumukuha ng form

saan -vector ng puwersa na kumikilos sa singil gilid ng charge ,

- radius vector na kumukonekta sa charge may bayad

r-modulus ng radius vector .

Ang anumang sisingilin na katawan ay binubuo ng maraming mga puntong singil sa kuryente, samakatuwid ang electrostatic na puwersa kung saan ang isang sisingilin na katawan ay kumikilos sa isa pa ay katumbas ng vector sum ng mga puwersang inilapat sa lahat ng mga punto ng singil ng pangalawang katawan ng bawat punto ng singil ng unang katawan.

1.3 Electric field. Pag-igting.

Space, kung saan matatagpuan ang electric charge ay may tiyak pisikal na katangian.

Kung sakali isa pa ang singil na ipinasok sa puwang na ito ay ginagampanan ng mga electrostatic na puwersa ng Coulomb.

Kung ang puwersa ay kumikilos sa bawat punto sa kalawakan, ang isang puwersang patlang ay sinasabing umiiral sa espasyong iyon.

Ang field, kasama ang matter, ay isang anyo ng matter.

Kung ang patlang ay nakatigil, iyon ay, ay hindi nagbabago sa paglipas ng panahon, at nilikha ng mga nakatigil na singil sa kuryente, kung gayon ang gayong patlang ay tinatawag na electrostatic.

Ang mga electrostatic ay nag-aaral lamang ng mga electrostatic na patlang at mga pakikipag-ugnayan ng mga nakatigil na singil.

Upang makilala ang electric field, ipinakilala ang konsepto ng intensity . Tensiyonyu sa bawat punto ng electric field ay tinatawag na vector , ayon sa bilang na katumbas ng ratio ng puwersa kung saan kumikilos ang field na ito sa isang test positive charge na inilagay sa isang partikular na punto at ang magnitude ng charge na ito, at nakadirekta sa direksyon ng puwersa.

Test charge, na ipinakilala sa field, ay ipinapalagay na isang point charge at kadalasang tinatawag na test charge.

- Hindi siya nakikilahok sa paglikha ng larangan, na sinusukat sa tulong nito.

Ipinapalagay na ang singil na ito hindi binabaluktot ang larangang pinag-aaralan, ibig sabihin, ito ay sapat na maliit at hindi nagiging sanhi ng muling pamamahagi ng mga singil na lumilikha ng field.

Kung sa isang test point charge ang larangan ay kumikilos sa pamamagitan ng puwersa , tapos ang tensyon
.

Mga yunit ng tensyon:

SI:

SSSE:

Sa sistema ng SI pagpapahayag Para sa point charge field:

.

Sa vector form:

Dito – radius vector na iginuhit mula sa charge q, paglikha ng isang field sa isang naibigay na punto.

T
sa ganitong paraan electric field strength vectors ng isang point chargeq sa lahat ng mga punto ng field ay nakadirekta sa radially(Larawan 1.3)

- mula sa singil, kung ito ay positibo, "pinagmulan"

- at sa pagsingil kung ito ay negatibo"alisan ng tubig"

Para sa graphical na interpretasyon ipinakilala ang electric field konsepto ng isang linya ng puwersa omga linya ng pag-igting . Ito

kurba , ang padaplis sa bawat punto kung saan tumutugma sa vector ng pag-igting.

Ang linya ng boltahe ay nagsisimula sa isang positibong singil at nagtatapos sa isang negatibong singil.

Ang mga linya ng pag-igting ay hindi nagsalubong, dahil sa bawat punto ng patlang ang vector ng pag-igting ay may isang direksyon lamang.

Batas ng konserbasyon ng bayad

Maaaring mawala at muling lumitaw ang mga singil sa kuryente. Gayunpaman, palaging lumilitaw o nawawala ang dalawang elementarya na singil ng magkasalungat na palatandaan. Halimbawa, ang isang electron at isang positron (positibong electron) ay nagwawasak kapag nagkita sila, i.e. nagiging neutral na gamma photon. Sa kasong ito, nawawala ang mga singil -e at +e. Sa panahon ng prosesong tinatawag na pares production, ang gamma photon, na pumapasok sa larangan ng atomic nucleus, ay nagiging isang pares ng mga particle - isang electron at isang positron, at nagmumula ang mga singil - e at + e.

kaya, ang kabuuang singil ng isang electrically isolated system ay hindi maaaring magbago. Ang pahayag na ito ay tinatawag na batas ng konserbasyon ng singil sa kuryente.

Tandaan na ang batas ng konserbasyon ng singil sa kuryente ay malapit na nauugnay sa relativistic invariance ng singil. Sa katunayan, kung ang magnitude ng singil ay nakasalalay sa bilis nito, kung gayon sa pamamagitan ng pagtatakda ng mga singil ng isang sign in motion, babaguhin natin ang kabuuang singil ng nakahiwalay na sistema.

Ang mga naka-charge na katawan ay nakikipag-ugnayan sa isa't isa, na may katulad na mga singil na nagtataboy at hindi katulad ng mga singil na umaakit.

Ang eksaktong matematikal na pagpapahayag ng batas ng pakikipag-ugnayang ito ay itinatag noong 1785 ng Pranses na pisisista na si C. Coulomb. Simula noon, ang batas ng pakikipag-ugnayan ng mga nakatigil na singil sa kuryente ay nagdala sa kanyang pangalan.

Ang isang naka-charge na katawan, ang mga sukat nito ay maaaring mapabayaan, kung ihahambing sa distansya sa pagitan ng mga nakikipag-ugnay na katawan, ay maaaring kunin bilang isang punto ng pagsingil. Bilang resulta ng kanyang mga eksperimento, itinatag ni Coulomb na:

Ang puwersa ng pakikipag-ugnayan sa isang vacuum ng dalawang nakatigil na singil sa punto ay direktang proporsyonal sa produkto ng mga singil na ito at inversely proporsyonal sa parisukat ng distansya sa pagitan nila. Ang index "" ng puwersa ay nagpapakita na ito ang puwersa ng pakikipag-ugnayan ng mga singil sa isang vacuum.

Napagtibay na ang batas ng Coulomb ay may bisa sa mga distansya mula hanggang ilang kilometro.

Upang maglagay ng pantay na tanda, kinakailangan upang ipakilala ang isang tiyak na koepisyent ng proporsyonalidad, ang halaga nito ay nakasalalay sa pagpili ng sistema ng mga yunit:

Napansin na sa SI ang singil ay sinusukat sa Cl. Sa batas ng Coulomb, ang dimensyon ng kaliwang bahagi ay kilala - ang yunit ng puwersa, ang sukat ng kanang bahagi ay kilala - samakatuwid ang koepisyent k lumalabas na dimensional at pantay. Gayunpaman, sa SI kaugalian na isulat ang koepisyent ng proporsyonalidad na ito sa isang bahagyang naiibang anyo:

kaya naman

nasaan ang farad ( F) – yunit ng electrical capacitance (tingnan ang sugnay 3.3).

Ang dami ay tinatawag na electrical constant. Ito ay talagang isang pangunahing pare-pareho na lumilitaw sa maraming mga electrodynamic equation.

Kaya, ang batas ng Coulomb sa scalar form ay may anyo:

Ang batas ng Coulomb ay maaaring ipahayag sa anyong vector:

nasaan ang radius vector na kumukonekta sa singil q 2 may bayad q 1,; - puwersahang kumilos sa singil q 1 gilid ng charge q 2. Bawat bayad q 2 gilid ng charge q 1 puwersang kumilos (Larawan 1.1)

Ipinapakita ng karanasan na ang puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng dalawang ibinigay na pagsingil ay hindi nagbabago kung may iba pang mga pagsingil na ilalagay malapit sa kanila.

Mga publikasyon batay sa mga materyales ni D. Giancoli. "Physics sa dalawang volume" 1984 Volume 2.

Mayroong puwersa sa pagitan ng mga singil sa kuryente. Paano ito nakadepende sa laki ng mga singil at iba pang mga kadahilanan?
Ang tanong na ito ay ginalugad noong 1780s ng French physicist na si Charles Coulomb (1736-1806). Gumamit siya ng mga balanse ng pamamaluktot na halos kapareho sa ginamit ni Cavendish upang matukoy ang pare-parehong gravitational.
Kung ang isang singil ay inilapat sa isang bola sa dulo ng isang baras na nasuspinde sa isang sinulid, ang baras ay bahagyang pinalihis, ang sinulid ay umiikot, at ang anggulo ng pag-ikot ng sinulid ay magiging proporsyonal sa puwersa na kumikilos sa pagitan ng mga singil (balanse ng torsion ). Gamit ang aparatong ito, tinukoy ng Coulomb ang pagtitiwala ng puwersa sa laki ng mga singil at ang distansya sa pagitan ng mga ito.

Sa oras na iyon, walang mga instrumento upang tumpak na matukoy ang halaga ng singil, ngunit nagawa ni Coulomb na maghanda ng maliliit na bola na may kilalang ratio ng singil. Kung ang isang sinisingil na conducting ball, katwiran niya, ay dinala sa eksaktong kaparehong hindi naka-charge na bola, kung gayon ang singil na nasa unang bola, dahil sa simetriya, ay ipapamahagi nang pantay sa pagitan ng dalawang bola.
Nagbigay ito sa kanya ng kakayahang makatanggap ng mga singil na 1/2, 1/4, atbp. mula sa orihinal.
Sa kabila ng ilang mga paghihirap na nauugnay sa induction ng mga singil, nagawang patunayan ng Coulomb na ang puwersa kung saan kumikilos ang isang sisingilin na katawan sa isa pang maliit na sisingilin na katawan ay direktang proporsyonal sa singil ng kuryente ng bawat isa sa kanila.
Sa madaling salita, kung ang singil ng alinman sa mga katawan na ito ay nadoble, ang puwersa ay madodoble din; kung ang mga singil ng parehong katawan ay nadoble sa parehong oras, ang puwersa ay magiging apat na beses na mas malaki. Totoo ito sa kondisyon na ang distansya sa pagitan ng mga katawan ay nananatiling pare-pareho.
Sa pamamagitan ng pagbabago ng distansya sa pagitan ng mga katawan, natuklasan ni Coulomb na ang puwersa na kumikilos sa pagitan ng mga ito ay inversely proportional sa square ng distansya: kung ang distansya, sabihin nating, doble, ang puwersa ay nagiging apat na beses na mas mababa.

Kaya, napagpasyahan ni Coulomb, ang puwersa kung saan kumikilos ang isang maliit na sisingilin na katawan (ideal na isang point charge, i.e. isang katawan tulad ng isang materyal na punto na walang spatial na sukat) sa isa pang naka-charge na katawan ay proporsyonal sa produkto ng kanilang mga singil Q 1 at Q 2 at inversely proportional sa parisukat ng distansya sa pagitan nila:

Dito k- koepisyent ng proporsyonalidad.
Ang relasyong ito ay kilala bilang batas ni Coulomb; ang bisa nito ay nakumpirma sa pamamagitan ng maingat na mga eksperimento, na mas tumpak kaysa sa orihinal ng Coulomb, mahirap kopyahin ang mga eksperimento. Ang exponent 2 ay kasalukuyang itinatag na may katumpakan ng 10 -16, i.e. ito ay katumbas ng 2 ± 2×10 -16.

Dahil nakikitungo tayo ngayon sa isang bagong dami - electric charge, maaari tayong pumili ng isang yunit ng pagsukat upang ang pare-parehong k sa formula ay katumbas ng isa. Sa katunayan, ang gayong sistema ng mga yunit ay malawakang ginagamit sa pisika hanggang kamakailan lamang.

Pinag-uusapan natin ang tungkol sa CGS system (centimeter-gram-second), na gumagamit ng electrostatic charge unit na SGSE. Sa pamamagitan ng kahulugan, dalawang maliliit na katawan, bawat isa ay may singil na 1 SGSE, na matatagpuan sa layo na 1 cm mula sa isa't isa, ay nakikipag-ugnayan sa puwersa ng 1 dyne.

Ngayon, gayunpaman, ang singil ay madalas na ipinahayag sa sistema ng SI, kung saan ang yunit nito ay ang coulomb (C).
Ibibigay namin ang eksaktong kahulugan ng isang coulomb sa mga tuntunin ng electric current at magnetic field mamaya.
Sa sistema ng SI ang pare-pareho k may magnitude k= 8.988×10 9 Nm 2 / Cl 2.

Ang mga singil na nanggagaling sa panahon ng electrification sa pamamagitan ng friction ng mga ordinaryong bagay (combs, plastic rulers, atbp.) ay nasa order ng magnitude isang microcoulomb o mas mababa (1 µC = 10 -6 C).
Ang electron charge (negatibo) ay humigit-kumulang 1.602×10 -19 C. Ito ang pinakamaliit na kilalang singil; ito ay may pangunahing kahulugan at kinakatawan ng simbolo e, madalas itong tinatawag na elementary charge.
e= (1.6021892 ± 0.0000046)×10 -19 C, o e≈ 1.602×10 -19 Cl.

Dahil ang isang katawan ay hindi maaaring makakuha o mawala ang isang bahagi ng isang electron, ang kabuuang singil ng katawan ay dapat na isang integer multiple ng elementarya na singil. Sinasabi nila na ang singil ay quantize (iyon ay, maaari itong tumagal lamang ng mga discrete value). Gayunpaman, dahil ang singil ng elektron e ay napakaliit, kadalasan ay hindi natin napapansin ang discreteness ng macroscopic charges (ang singil na 1 µC ay tumutugma sa humigit-kumulang 10 13 electron) at itinuturing na tuluy-tuloy ang singil.

Ang pormula ng Coulomb ay nagpapakilala sa puwersa kung saan kumikilos ang isang singil sa isa pa. Ang puwersang ito ay nakadirekta sa linya na nagkokonekta sa mga singil. Kung ang mga palatandaan ng mga singil ay pareho, kung gayon ang mga puwersa na kumikilos sa mga singil ay nakadirekta sa magkasalungat na direksyon. Kung ang mga palatandaan ng mga singil ay iba, kung gayon ang mga puwersa na kumikilos sa mga singil ay nakadirekta sa isa't isa.
Tandaan na, alinsunod sa ikatlong batas ni Newton, ang puwersa kung saan kumikilos ang isang singil sa isa pa ay katumbas ng magnitude at kabaligtaran ng direksyon sa puwersa kung saan kumikilos ang pangalawang singil sa una.
Ang batas ng Coulomb ay maaaring isulat sa anyong vector, katulad ng batas ng unibersal na grabitasyon ni Newton:

saan F 12 - vector ng puwersa na kumikilos sa singil Q 1 charge side Q 2,
- distansya sa pagitan ng mga singil,
- unit vector na nakadirekta mula sa Q 2 k Q 1.
Dapat tandaan na ang formula ay nalalapat lamang sa mga katawan na ang distansya sa pagitan ay mas malaki kaysa sa kanilang sariling mga sukat. Sa isip, ito ay mga singil sa punto. Para sa mga katawan na may hangganan ang laki, hindi palaging malinaw kung paano kalkulahin ang distansya r sa pagitan nila, lalo na't maaaring hindi pare-pareho ang pamamahagi ng singil. Kung ang parehong katawan ay mga sphere na may pare-parehong pamamahagi ng singil, kung gayon r nangangahulugang ang distansya sa pagitan ng mga sentro ng mga sphere. Mahalaga rin na maunawaan na tinutukoy ng formula ang puwersang kumikilos sa isang singil mula sa isang singil. Kung ang sistema ay may kasamang ilang (o maraming) mga katawan na sinisingil, kung gayon ang magreresultang puwersa na kumikilos sa isang ibinigay na singil ay ang magiging resulta (vector sum) ng mga puwersang kumikilos sa bahagi ng mga natitirang singil. Ang pare-parehong k sa pormula ng Batas ng Coulomb ay karaniwang ipinahayag sa mga tuntunin ng isa pang pare-pareho, ε 0 , ang tinatawag na electrical constant, na nauugnay sa k ratio k = 1/(4πε 0). Isinasaalang-alang ito, ang batas ng Coulomb ay maaaring muling isulat tulad ng sumusunod:

kung saan may pinakamataas na katumpakan ngayon

o bilugan

Ang pagsulat ng karamihan sa iba pang mga equation ng electromagnetic theory ay pinasimple sa pamamagitan ng paggamit ε 0 , dahil ang 4π ang huling resulta ay madalas na pinaikli. Samakatuwid, karaniwang gagamitin natin ang Batas ng Coulomb, sa pag-aakalang:

Inilalarawan ng batas ng Coulomb ang puwersang kumikilos sa pagitan ng dalawang singil sa pamamahinga. Kapag gumagalaw ang mga singil, ang mga karagdagang puwersa ay nalikha sa pagitan nila, na tatalakayin natin sa mga susunod na kabanata. Dito lamang ang mga singil sa pahinga ay isinasaalang-alang; Ang bahaging ito ng pag-aaral ng kuryente ay tinatawag electrostatics.

Itutuloy. Maikling tungkol sa sumusunod na publikasyon:

Ang electric field ay isa sa dalawang bahagi ng electromagnetic field, na isang vector field na umiiral sa paligid ng mga katawan o mga particle na may electric charge, o na lumabas kapag nagbabago ang magnetic field.

Ang mga komento at mungkahi ay tinatanggap at malugod na tinatanggap!

Ang puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng dalawang nakatigil na mga singil sa kuryente sa isang vacuum ay direktang proporsyonal sa produkto ng kanilang moduli at inversely proporsyonal sa parisukat ng distansya sa pagitan nila.

Ang batas ng Coulomb ay quantitatively na naglalarawan sa interaksyon ng mga sinisingil na katawan. Ito ay isang pangunahing batas, ibig sabihin, ito ay itinatag sa pamamagitan ng eksperimento at hindi sumusunod sa anumang iba pang batas ng kalikasan. Ito ay binuo para sa mga nakatigil na singil sa punto sa isang vacuum. Sa katotohanan, ang mga singil sa punto ay hindi umiiral, ngunit ang mga singil na ang mga sukat ay makabuluhang mas maliit kaysa sa distansya sa pagitan ng mga ito ay maaaring ituring na ganoon. Ang puwersa ng pakikipag-ugnayan sa hangin ay halos hindi naiiba sa puwersa ng pakikipag-ugnayan sa vacuum (ito ay mas mahina ng mas mababa sa isang ikalibo).

Pagsingil ng kuryente ay isang pisikal na dami na nagpapakilala sa ari-arian ng mga particle o katawan na pumasok sa mga interaksyon ng electromagnetic force.

Ang batas ng pakikipag-ugnayan ng mga nakatigil na singil ay unang natuklasan ng Pranses na pisisista na si C. Coulomb noong 1785. Sa mga eksperimento ni Coulomb, ang interaksyon sa pagitan ng mga bola na ang mga sukat ay mas maliit kaysa sa distansya sa pagitan ng mga ito ay sinusukat. Ang ganitong mga sisingilin na katawan ay karaniwang tinatawag mga singil sa punto.

Batay sa maraming eksperimento, itinatag ni Coulomb ang sumusunod na batas:

Ang puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng dalawang nakatigil na mga singil sa kuryente sa isang vacuum ay direktang proporsyonal sa produkto ng kanilang moduli at inversely proporsyonal sa parisukat ng distansya sa pagitan nila. Ito ay nakadirekta sa tuwid na linya na nagdudugtong sa mga singil, at isang kaakit-akit na puwersa kung ang mga singil ay kabaligtaran, at isang salungat na puwersa kung ang mga singil ay katulad.

Kung tinutukoy namin ang mga module ng pagsingil sa pamamagitan ng | q 1 | at | q 2 |, kung gayon ang batas ng Coulomb ay maaaring isulat sa sumusunod na anyo:

\[ F = k \cdot \dfrac(\left|q_1 \right| \cdot \left|q_2 \right|)(r^2) \]

Ang koepisyent ng proporsyonalidad k sa batas ng Coulomb ay nakasalalay sa pagpili ng sistema ng mga yunit.

\[ k=\frac(1)(4\pi \varepsilon _0) \]

Ang buong pormula ng batas ni Coulomb:

\[ F = \dfrac(\kaliwa|q_1 \kanan|\kaliwa|q_2 \kanan|)(4 \pi \varepsilon_0 \varepsilon r^2) \]

\(F\) - Coulomb Force

\(q_1 q_2 \) - Electric charge ng katawan

\(r\) - Distansya sa pagitan ng mga singil

\(\varepsilon_0 = 8.85*10^(-12)\)- Electrical pare-pareho

\(\varepsilon \) - Dielectric constant ng medium

\(k = 9*10^9 \) - Proportionality coefficient sa batas ng Coulomb

Ang mga puwersa ng pakikipag-ugnayan ay sumusunod sa ikatlong batas ni Newton: \(\vec(F)_(12)=\vec(F)_(21) \). Ang mga ito ay mga salungat na pwersa na may parehong mga palatandaan ng mga singil at mga kaakit-akit na pwersa na may iba't ibang mga palatandaan.

Ang singil ng kuryente ay karaniwang tinutukoy ng mga letrang q o Q.

Ang kabuuan ng lahat ng kilalang pang-eksperimentong katotohanan ay nagpapahintulot sa amin na gumuhit ng mga sumusunod na konklusyon:

Mayroong dalawang uri ng mga singil sa kuryente, karaniwang tinatawag na positibo at negatibo.

Maaaring ilipat ang mga singil (halimbawa, sa pamamagitan ng direktang pakikipag-ugnayan) mula sa isang katawan patungo sa isa pa. Hindi tulad ng body mass, ang electric charge ay hindi isang mahalagang katangian ng isang partikular na katawan. Ang parehong katawan sa ilalim ng iba't ibang mga kondisyon ay maaaring magkaroon ng ibang singil.

Tulad ng mga singil ay nagtataboy, hindi katulad ng mga singil na umaakit. Inihayag din nito ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng mga puwersa ng electromagnetic at mga gravitational. Ang mga puwersa ng gravity ay palaging mga kaakit-akit na puwersa.

Ang pakikipag-ugnayan ng mga nakatigil na singil sa kuryente ay tinatawag na electrostatic o Coulomb na pakikipag-ugnayan. Ang sangay ng electrodynamics na nag-aaral sa pakikipag-ugnayan ng Coulomb ay tinatawag na electrostatics.

Ang batas ng Coulomb ay may bisa para sa mga katawan na sinisingil ng punto. Sa pagsasagawa, ang batas ng Coulomb ay lubos na nasiyahan kung ang mga sukat ng mga sinisingil na katawan ay mas maliit kaysa sa distansya sa pagitan ng mga ito.

Tandaan na para matugunan ang batas ng Coulomb, 3 kundisyon ang kinakailangan:

• Katumpakan ng mga singil- iyon ay, ang distansya sa pagitan ng mga naka-charge na katawan ay mas malaki kaysa sa kanilang mga sukat.
• Kawalang-kilos ng mga singil. Kung hindi, magkakabisa ang mga karagdagang epekto: ang magnetic field ng gumagalaw na singil at ang katumbas na karagdagang puwersa ng Lorentz na kumikilos sa isa pang gumagalaw na singil.
• Pakikipag-ugnayan ng mga singil sa vacuum.

Sa International SI system, ang yunit ng singil ay ang coulomb (C).

Ang coulomb ay isang singil na dumadaan sa cross section ng isang konduktor sa loob ng 1 s sa agos na 1 A. Ang SI unit ng kasalukuyang (Ampere) ay, kasama ang mga yunit ng haba, oras at masa, ang pangunahing yunit ng pagsukat.