Электр өрісінің қасиеттері мен сипаттамаларын барлық дерлік техникалық мамандар зерттейді. Бірақ университет курсы көбінесе күрделі және түсініксіз тілде жазылады. Сондықтан мақаланың аясында электр өрістерінің сипаттамалары оларды әр адам түсінуі үшін қол жетімді түрде сипатталады. Сонымен қатар, біз өзара байланысты ұғымдарға (суперпозиция) және физиканың осы саласының даму мүмкіндіктеріне ерекше назар аударамыз.
Жалпы ақпарат
Қазіргі түсініктер бойынша электр зарядтары бір-бірімен тікелей әсерлеспейді. Осыдан бір қызық қасиет пайда болады. Сонымен, әрбір зарядталған дененің қоршаған кеңістікте өзінің электр өрісі болады. Ол басқа нысандарға әсер етеді. Электр өрістерінің сипаттамалары бізді қызықтырады, өйткені олар өрістің электр зарядтарына әсерін және оны жүзеге асыру күшін көрсетеді. Бұдан қандай қорытынды жасауға болады? Зарядталған денелер өзара тікелей әсер етпейді. Ол үшін электр өрістері қолданылады. Оларды қалай зерттеуге болады? Мұны істеу үшін сіз сынақ зарядын пайдалана аласыз - кішкене нүктелік бөлшектер сәулесі, олай емесқалыптасқан құрылымға айтарлықтай әсер етеді. Сонымен, электр өрісінің сипаттамалары қандай? Олардың үшеуі бар: шиеленіс, шиеленіс және потенциал. Олардың әрқайсысының өзіндік сипаттамалары мен бөлшектерге әсер ету сфералары бар.
Электр өрісі: бұл не?
Бірақ мақаланың негізгі тақырыбына көшпес бұрын белгілі бір білімге ие болу керек. Егер олар болса, онда бұл бөлікті қауіпсіз өткізіп жіберуге болады. Алдымен электр өрісінің пайда болу себебі туралы мәселені қарастырайық. Ол болуы үшін заряд қажет. Сонымен қатар, зарядталған дене орналасқан кеңістіктің қасиеттері ол жоқ жерлерден ерекшеленуі керек. Мұнда мұндай мүмкіндік бар: егер заряд белгілі бір координат жүйесінде орналасса, онда өзгерістер бірден емес, тек белгілі бір жылдамдықта болады. Олар толқындар сияқты ғарышта таралады. Бұл осы координаттар жүйесіндегі басқа тасымалдаушыларға әсер ететін механикалық күштердің пайда болуымен бірге жүреді. Міне, біз басты нәрсеге келдік! Қалыптасқан күштер тікелей әсер етудің нәтижесі емес, сапалық жағынан өзгерген орта арқылы өзара әрекеттесу. Мұндай өзгерістер болатын кеңістік электр өрісі деп аталады.
Мүмкіндіктер
Электр өрісінде орналасқан заряд оған әсер ететін күш бағытымен қозғалады. Демалу жағдайына қол жеткізу мүмкін бе? Иә, бұл өте шынайы. Бірақ бұл үшін электр өрісінің күші кейбіреулермен теңестірілуі керекбасқа әсер. Тепе-теңдік бұзылған кезде заряд қайтадан қозғала бастайды. Бұл жағдайда бағыт үлкен күшке байланысты болады. Егер олар көп болса да, түпкілікті нәтиже теңдестірілген және әмбебап нәрсе болады. Немен жұмыс істеу керек екенін жақсырақ елестету үшін күш сызықтары бейнеленген. Олардың бағыттары әрекет ететін күштерге сәйкес келеді. Айта кету керек, күш сызықтарының басы да, соңы да бар. Басқаша айтқанда, олар өздеріне жабылмайды. Олар оң зарядталған денелерден басталып, теріс зарядталған денелерде аяқталады. Бұл бәрі емес, күш сызықтары, олардың теориялық негіздері және практикалық жүзеге асырылуы туралы толығырақ, біз мәтінде аздап сөйлесеміз және оларды Кулон заңымен бірге қарастырамыз.
Электр өрісінің кернеулігі
Бұл сипаттама электр өрісінің мөлшерін анықтау үшін пайдаланылады. Мұны түсіну өте қиын. Электр өрісінің (күшінің) бұл сипаттамасы кеңістіктің белгілі бір нүктесінде орналасқан оң сынақ зарядына әсер ету күшінің оның мәніне қатынасына тең физикалық шама. Бұл жерде бір ерекше жағы бар. Бұл физикалық шама вектор болып табылады. Оның бағыты оң сынақ зарядына әсер ететін күштің бағытымен сәйкес келеді. Сіз сондай-ақ өте жиі кездесетін бір сұраққа жауап беруіңіз керек және электр өрісінің күштік сипаттамасы дәл қарқындылық екенін ескеруіңіз керек. Ал қозғалмайтын және өзгермейтін субъектілермен не болады? Олардың электр өрісі электростатикалық болып саналады. Нүктелік зарядпен жұмыс істегенде жәнекернеуді зерттеуге қызығушылық күш сызықтарымен және Кулон заңымен қамтамасыз етіледі. Мұнда қандай мүмкіндіктер бар?
Кулон заңы және күш сызықтары
Электр өрісінің күш сипаттамасы бұл жағдайда тек одан белгілі радиуста қашықтықта орналасқан нүктелік заряд үшін ғана жұмыс істейді. Ал егер бұл модуль мәнін алсақ, онда Кулон өрісі болады. Онда вектордың бағыты зарядтың таңбасына тікелей байланысты. Сонымен, егер ол оң болса, онда өріс радиус бойымен «жылжиды». Қарама-қарсы жағдайда вектор зарядтың өзіне тікелей бағытталады. Не болып жатқанын және қалай болып жатқанын көрнекі түсіну үшін сіз күш сызықтарын көрсететін сызбаларды тауып, олармен танысуға болады. Оқулықтардағы электр өрісінің негізгі сипаттамаларын түсіндіру өте қиын болғанымен, сызбаларда олар өз деңгейінде болуы керек, олар жоғары сапалы. Рас, кітаптардың мұндай ерекшелігін атап өту керек: күш сызықтарының сызбаларын салу кезінде олардың тығыздығы кернеу векторының модуліне пропорционалды. Бұл білімді бақылауда немесе емтиханда көмектесетін шағын кеңес.
Әлеуетті
Заряд күштер тепе-теңдігі болмаған кезде әрқашан қозғалады. Бұл бұл жағдайда электр өрісінің потенциалдық энергиясы бар екенін көрсетеді. Басқаша айтқанда, ол біраз жұмыс істей алады. Шағын мысалды қарастырайық. Электр өрісі зарядты нүктеден жылжыттыАл В-да нәтижесінде өрістің потенциалдық энергиясының төмендеуі байқалады. Бұл жұмыс орындалғандықтан болады. Қозғалыс сыртқы әсермен жасалса, электр өрісінің бұл қуат сипаттамасы өзгермейді. Бұл жағдайда потенциалдық энергия азаймайды, керісінше өседі. Сонымен қатар, электр өрісінің бұл физикалық сипаттамасы зарядты электр өрісінде жылжытқан сыртқы күшке тікелей пропорционалды түрде өзгереді. Айта кету керек, бұл жағдайда барлық атқарылған жұмыс әлеуетті энергияны арттыруға жұмсалады. Тақырыпты түсіну үшін келесі мысалды алайық. Демек, бізде оң заряд бар. Ол қарастырылып жатқан электр өрісінің сыртында орналасқан. Осыған байланысты әсер өте аз, оны елемеуге болады. Электр өрісіне зарядты енгізетін сыртқы күш пайда болады. Ол қозғалу үшін қажетті жұмыстарды жасайды. Бұл жағдайда өріс күштері еңсеріледі. Осылайша, әрекет потенциалы пайда болады, бірақ қазірдің өзінде электр өрісінің өзінде. Айта кету керек, бұл гетерогенді көрсеткіш болуы мүмкін. Сонымен, оң зарядтың әрбір нақты бірлігіне қатысты энергия өрістің сол нүктедегі потенциалы деп аталады. Ол затты берілген орынға жылжыту үшін сыртқы күшпен орындалған жұмысқа сан жағынан тең. Өріс потенциалы вольтпен өлшенеді.
Кернеу
Кез келген электр өрісінде потенциалы жоғары нүктелерден осы параметрдің төмен мәндері бар нүктелерге оң зарядтардың қалай «көшетінін» байқауға болады. Негативтер бұл жолды қарама-қарсы бағытта жүреді. Бірақ екі жағдайда да бұл потенциалдық энергияның болуына байланысты ғана болады. Кернеу одан есептеледі. Ол үшін өрістің потенциалдық энергиясы кішірейген мәнді білу қажет. Кернеу сан жағынан екі нақты нүкте арасында оң зарядты тасымалдау үшін жасалған жұмысқа тең. Бұдан қызық корреспонденцияны көруге болады. Сонымен, бұл жағдайда кернеу мен потенциалдар айырымы бірдей физикалық мән болып табылады.
Электр өрістерінің суперпозициясы
Сонымен, біз электр өрісінің негізгі сипаттамаларын қарастырдық. Бірақ тақырыпты жақсырақ түсіну үшін біз маңызды болуы мүмкін бірқатар параметрлерді қосымша қарастыруды ұсынамыз. Ал біз электр өрістерінің суперпозициясынан бастаймыз. Бұрын біз бір ғана нақты заряд болатын жағдайларды қарастырдық. Бірақ егістіктерде олардың саны өте көп! Сондықтан шындыққа жақын жағдайды қарастыра отырып, бізде бірнеше айып бар деп елестетіп көрейік. Сонда векторлық қосу ережесіне бағынатын күштер сыналатын затқа әсер ететіні белгілі болды. Сондай-ақ, суперпозиция принципі күрделі қозғалысты екі немесе одан да көп қарапайымға бөлуге болатындығын айтады. Суперпозицияны есепке алмай, нақты қозғалыс моделін жасау мүмкін емес. Басқаша айтқанда, біз қарастырып отырған бөлшекке бар жағдайда әртүрлі зарядтар әсер етеді, олардың әрқайсысының өзіндікэлектр өрісі.
Қолдану
Айта кету керек, қазір электр өрісінің мүмкіндіктері толық пайдаланылмай жатыр. Тіпті, оның әлеуетін бізде әрең пайдаланады десек, дұрысырақ болар еді. Электр өрісінің мүмкіндіктерін іс жүзінде іске асыру ретінде Чижевскийдің люстрасын келтіруге болады. Бұрын, өткен ғасырдың ортасында адамзат ғарышты зерттей бастады. Бірақ ғалымдарда көптеген шешілмеген сұрақтар болды. Солардың бірі – ауа және оның зиянды компоненттері. Бұл мәселені шешумен бір мезгілде электр өрісінің энергетикалық сипаттамасына қызығушылық танытқан кеңес ғалымы Чижевский айналысты. Айта кету керек, ол шынымен жақсы дамуға ие болды. Бұл құрылғы шағын разрядтар есебінен аэроиондық ауа ағындарын жасау техникасына негізделген. Бірақ мақаланың аясында бізді құрылғының өзі емес, оның жұмыс принципі қызықтырады. Чижевский люстраның жұмыс істеуі үшін стационарлық қуат көзі емес, электр өрісі пайдаланылды! Энергияны шоғырландыру үшін арнайы конденсаторлар пайдаланылды. Қоршаған ортаның электр өрісінің энергетикалық сипаттамасы құрылғының сәтті болуына айтарлықтай әсер етті. Яғни, бұл құрылғы электроникаға толы ғарыш аппараттары үшін арнайы жасалған. Ол тұрақты қуат көздеріне қосылған басқа құрылғылардың қызметінің нәтижелерімен қуатталды. Айта кету керек, бұл бағыттан бас тартқан жоқ, қазір электр өрісінен энергия алу мүмкіндігі зерттелуде. Шындық,Айта кетерлік жайт, әлі де айтарлықтай ілгерілеушілік жоқ. Сондай-ақ жүргізіліп жатқан зерттеулердің салыстырмалы түрде шағын көлемін және олардың көпшілігін ерікті өнертапқыштар жүргізетінін атап өткен жөн.
Әсер ететін электр өрістерінің сипаттамалары қандай?
Оларды не үшін оқу керек? Бұрын айтылғандай, электр өрісінің сипаттамалары күш, кернеу және потенциал болып табылады. Қарапайым қарапайым адамның өмірінде бұл параметрлер айтарлықтай әсер етумен мақтана алмайды. Бірақ үлкен және күрделі нәрсені жасау керек деген сұрақтар туындаған кезде, оларды ескермеу - сән-салтанат. Өйткені, электронды өрістердің шамадан тыс саны (немесе олардың шамадан тыс күші) жабдықтың сигналдарды жіберуіне кедергі келтіреді. Бұл жіберілетін ақпараттың бұрмалануына әкеледі. Айта кету керек, бұл тек осы типтегі мәселе емес. Технологияның ақ шуынан басқа, шамадан тыс күшті электронды өрістер де адам ағзасының жұмысына теріс әсер етуі мүмкін. Айта кету керек, бөлменің кішкене ионизациясы әлі күнге дейін бата болып саналады, өйткені ол адам үйінің беттерінде шаңның жиналуына ықпал етеді. Бірақ үйлерімізде қанша жабдықтың (тоңазытқыштар, теледидарлар, қазандықтар, телефондар, электр жүйелері және т.б.) бар екеніне қарасаңыз, өкінішке орай, бұл біздің денсаулығымызға пайдалы емес деп қорытынды жасауға болады. Айта кету керек, электр өрістерінің төмен сипаттамалары бізге дерлік зиян келтірмейдіАдамзат ғарыштық сәулеленуге бұрыннан үйренген. Бірақ электроника туралы айту қиын. Әрине, мұның бәрінен бас тарту мүмкін емес, бірақ электр өрістерінің адам ағзасына теріс әсерін сәтті азайтуға болады. Бұл үшін, айтпақшы, механизмдердің жұмыс уақытын барынша азайтуды көздейтін технологияны энергияны тиімді пайдалану қағидаттарын қолдану жеткілікті.
Қорытынды
Біз қандай физикалық шама электр өрісінің сипаттамасы болып табылатынын, қайда қолданылатынын, даму потенциалы қандай және олардың күнделікті өмірде қолданылуын қарастырдық. Дегенмен, мен тақырып туралы бірнеше соңғы сөз қосқым келеді. Айта кету керек, оларға қызығушылық танытқандардың саны өте көп болды. Тарихтағы ең көрнекті іздердің бірін атақты серб өнертапқышы Никола Тесла қалдырды. Бұл жағдайда ол өз жоспарларын жүзеге асыруда айтарлықтай табысқа қол жеткізді, бірақ, өкінішке орай, энергия тиімділігі жағынан емес. Сондықтан бұл бағытта жұмыс істеуге ниет болса, ашылмаған мүмкіндіктер көп.
