אלקטרוסטטיקה הוא תחום הפיזיקה המקיף את חקר המטענים החשמליים במנוחה. אתה תופעותאלקטרוסטטי שנלמד על ידי תחום זה של ידע נובע כתוצאה מה- כוחבמְשִׁיכָה ו דְחִיָה שמטענים חשמליים מופעלים זה על זה. בטקסט זה נדבר על כמה מהתכונות העיקריות של אלקטרוסטטיקה, כגון טעינה חשמל, חשמול, כוח חשמלי, פוטנציאל חשמלי, שדה חשמלי ואנרגיה פוטנציאלית חשמלי.
מטען חשמלי
ה מטען חשמלי הוא תכונהפְּנִימִי (תקין) של החלקיקים הבסיסיים של החומר, כגון פרוטונים ואלקטרונים, כמו גם את פסטה. לגופים ניטרליים חשמל יש כמות זהה של מטענים חשמליים חִיוּבִי ו שלילי. יחידת המטען החשמלית במערכת מערכת היחידות הבינלאומית זה ה קולומב (Ç).
יתר על כן, המטען החשמלי הוא כמות פיזית לכמת, כלומר יש לו ערךמִינִימוּם, אז זה לאזה אפשרי למצוא גופים מחשמלים באמצעות מודול מטען חשמלי פחות מערך זה, שקוראים לו עומס בסיסי, בדרך כלל מסומן באות ו.
לפרוטונים ואלקטרונים בדיוק ערך המטען החשמלי הזה, בערך 1,6.10-19 Ç. לכן, כאשר גוף טעון חשמלי, המטען שלו הוא a מרובותכֹּל נותן לחייבבסיסי, מאז החשמול מתרחש מה- חיבור אוֹ הֲסָרָה ב אלקטרונים, מאז פרוטונים מקושרים בתוך ליבותאָטוֹמִי.
כתוביות:
ש - מודול טעינה חשמלי (C - Coulombs)
לא - מספר האלקטרונים החסרים או העודפים
ו - עומס יסודי (1.6.10-19 Ç)
תראהגַם:חמש עובדות מהנות על קרניים שיגרמו לשיער לסדר
מפת חשיבה: אלקטרוסטטיקה
* להורדת מפת החשיבה ב- PDF, לחץ כאן!
חִשׁמוּל
חִשׁמוּל האם כל תהליך מסוגל ליצור א הֶבדֵל הזן את מספר עומסיםחִיוּבִי ו שלילי של גוף. כאשר לגוף יש מספר זהה של מטענים חיוביים ושליליים, אנו אומרים שכן ניטראלי; אם המספרים הללו שונים, אנו אומרים שהוא כן מְחוּשׁמָל.
ישנם בעצם שלושה תהליכי חישמול: א חישמול במגע, לְכָלחיכוך ו על ידי אינדוקציה:
ה חִשׁמוּללְכָלאיש קשר כרוך בשני גופים מנצחים, ולפחות אחד מהם חייב להיות חשמליתעמוס. כאשר שני הגופים באים במגע, המטענים החשמליים שלהם מתחלקים עד שהשניים נמצאים תחת אותו פוטנציאל חשמלי. בסוף התהליך, הגופות נוכחות אותו סימן של עומסים.
ה חישמול חיכוך כרוך באספקת אנרגיה לשני גופים דרך ה- חיכוך ביניהם. במהלך חיכוך (חיכוך), כמה אלקטרונים נקרעים מאחד הגופים ואז נלכדים על ידי הגוף השני. לכן יש לוודא את זיקתם של שני הגופים הללו לחשמול מסוג זה על ידי התייעצות עם סדרה טריבואלקטרית.
ה חִשׁמוּללְכָלהַשׁרָאָה מתרחשת על ידי אוּמדָןקרוב משפחה בין גוף טעון חשמלי, הנקרא a מַשׁרָן, וגוף מוליך, הנקרא מושרה. נוכחותו של המשרן יוצרת א הפרדת מטענים בגוף המושרה, שיחה של קיטוב. מהפרדה זו, האבזור מקורקע לקרקע וגורם למטעניו לזרום דרך חוט קרקע.
כל תהליכי החשמול מתקיימים בהתאם ל- עקרונותבשימורנותןלחייבחשמלי ושל ה אֵנֶרְגִיָהכלומר לפני ואחרי החשמול, מספר המטענים וכמות האנרגיה בין המטענים חייב להיות זהה.
תראהגַם: מדוע בדרך כלל ציפורים אינן מזועזעות מחוטי חשמל?
אל תפסיק עכשיו... יש עוד אחרי הפרסום;)
כוח חשמלי
שני גופים טעונים חשמליים יכולים להפעיל משיכה או דחייה זה לזה על פי אות המטען שלהם. גופים עם מטענים חשמליים של סימנים שווים להדוף זה את זה, וגופים שיש להם מטענים חשמליים סימנים מנוגדיםלמשוך אחד את השני.
החוק המאפשר לנו לחשב את מודול הכוח החשמלי המופעל בין שני מטענים הוא חוק קולומב, המוצג על ידי הביטוי הבא:
כתוביות:
F - כוח חשמלי (N - ניוטון)
k0 - קבוע ואקום אלקטרוסטטי (k0 = 9,0.109 N.m² / C²)
מה1,מה2 - מטענים חשמליים 1 ו -2 (C - Coulombs)
ד - מרחק בין עומס 1 ל -2 (מ ')
שדה חשמלי
או שדה חשמלי זה גודל פיזי וֶקטוֹר מיוחסות לעומסים חשמליים. כל מטען חשמלי משפיע על החלל סביבו בגלל השדה החשמלי שלו. אנו יכולים להבין את השדה החשמלי, אפוא, כהשפעה שמטענים חשמליים מפעילים על סביבתם. יחידת השדה החשמלי במערכת היחידות הבינלאומית היא ניוטוןלְכָלקולומב (N / C) או הוולט למטר (V / m), שכן שניהם יחידות מקבילות.
ראה דוגמה:
למיקום נתון בחלל יש שדה חשמלי של 12.0 N / C נוצר על ידי מטען חשמלי. כאשר מטען חשמלי של 1.0C ממוקם במצב זה, הוא יופעל על ידי כוח חשמלי של מודולוס שווה ל- 12.0 נ אם חיוב זה היה 2.0C, היא תסבול מכוח חשמלי של 24.0 נ '.
השדה החשמלי שנוצר על ידי מטען חשמלי ש1 ניתן לחשב באמצעות הביטוי הבא:
בביטוי לעיל, המשתנה ד הוא המרחק מהנקודה בה ברצונך למדוד את חוזק השדה החשמלי למצב המטען החשמלי.
פוטנציאל חשמלי
או פוטנציאל חשמלי זה גודל פיזי לְטַפֵּס מיוצג במלואו על ידי המודול שלו ומדד ב וולט (V) ב מערכת אניבינלאומיב Uקשרים. גודל זה מודד את הכמותבאֵנֶרְגִיָה המסופק על ידי שדה חשמלי לכל אחד קולומב מטען.
כאשר חלקיק נמצא באזור של חלל הנתון לפוטנציאל חשמלי של 100.0 וולט, הוא יאחסן איתו 100.0 J (ג'אול) של אנרגיה לכל 1.0 C מטען חשמלי שהיא מציגה. אם המטען שלך הוא מ 2.0C, תהיה לה אנרגיה של 200.0 י, כתוצאה מכך.
או פוטנציאלחשמלי נוצר על ידי מטען חשמלי של המודול ש1 ניתן לחשב באמצעות הביטוי הבא:
אנרגיה פוטנציאלית חשמלית
מתי שתייםאו יותר מטעני חשמל קבועים למרחק ד ביניהם הם אוגרים צורת אנרגיה הנקראת אנרגיה פוטנציאלית חשמלית. אם אחד מהמטענים הללו ישתחרר, האנרגיה הזו תהפוך אֵנֶרְגִיָהקינטיקה, לדוגמה. אנרגיה זו נמדדת ב ג'אול במערכת היחידות הבינלאומית.
אנו יכולים לחשב את האנרגיה הפוטנציאלית החשמלית בין המטענים באמצעות הביטוי הבא:
נוסחאות אלקטרוסטטיקה
בדוק כאן את הנוסחאות העיקריות המשמשות במחקר אלקטרוסטטיקה.
→ נוסחת טעינה חשמלית
נוסחה זו משמשת לחישוב כמות המטען החשמלי העודף או החסר בגוף. ניתן להשתמש בו גם לחישוב מספר האלקטרונים החסרים או העודפים.
→ נוסחת שדה חשמלי
הוא משמש לקביעת חוזק השדה החשמלי המיוצר על ידי מטען חשמלי נקודתי מה1ממרחק ד של עומס זה:
→ נוסחת פוטנציאל חשמלית
ניתן לחשב את הפוטנציאל החשמלי של חלוקת נקודות מטענים באמצעות הנוסחה הבאה:
→ נוסחת כוח חשמלי (חוק קולומב)
הנוסחה בה ניתן לחשב את הכוח שמטען חשמלי מה1 מפעיל מטען חשמלי מה2, המופרד על ידי מרחק d, נקבע על פי חוק קולומב:
→ נוסחת אנרגיה פוטנציאלית חשמלית
אנו יכולים לחשב את מודול האנרגיה הפוטנציאלית החשמלית בין שני מטענים מה1 ו מה2, מופרדים על ידי מרחק ד, באמצעות הנוסחה הבאה:
סיכום
אלקטרוסטטיקה היא תחום הפיזיקה החוקר את התופעות המיוצרות על ידי מטענים חשמליים במנוחה;
כל מטען חשמלי משפיע על החלל סביבו באמצעות כמות פיזיקלית וקטורית הנקראת שדה חשמלי;
השדה החשמלי הוא מדד לכוח החשמלי המופעל על כל יחידת מטען;
הקווים הניצבים לקווי השדה החשמלי מגדירים את גודל הפוטנציאל החשמלי שמייצרים המטענים החשמליים;
האנרגיה הפוטנציאלית החשמלית בין שני מטענים היא כמות סקלרית הניתנת בג'ול ומודדת את כמות האנרגיה הקשורה לדחייה ומשיכה הדדית בין מטענים חשמליים;
ניתן לקבוע את מודול הכוח החשמלי בין שני מטענים חשמליים על פי חוק קולומב.
תרגיל אלקטרוסטטי נפתר
מטען חשמלי של 2.0 µC קבוע ובגודל זניח מייצר, במרחק של 0.5 מ ', שדה חשמלי ופוטנציאל חשמלי שווים בהתאמה ל:
נתונים: k0 = 9.109 N.m² / C².
א) 72.10-3 N / C ו- 3.6.103 ו
ב) 12.104 N / C ו- 36.105 ו
ג) 72.103 N / C ו- 54.103 ו
ד) 72.102 N / C ו- 3.6.104 ו
ה) 7.2.103 N / C ו- 3.6.10-3 ו
מָשׁוֹב: אות ב '
פתרון הבעיה:
שדהחשמלי ו פוטנציאלחשמלי הם תכונות הטמונות במטען חשמלי יחיד במרחב. כדי לחשב את שדהחשמלי בעומס זה אנו משתמשים במשוואה הבאה:
אם ניקח את הנתונים המסופקים על ידי הצהרת התרגיל, עלינו:
כדי לחשב את פוטנציאלחשמלי המיוצר על ידי עומס זה באותו מרחק (0.5 מ '), אנו משתמשים במשוואה הבאה:
אם ניקח את הנתונים שפורסמו בהצהרה, יש לנו את ההחלטה הבאה:
מאת רפאל הלרברוק
מאסטר בפיזיקה
