Электродинамика
Кулон заңы
Айналмалы таразы көмегімен француз физигі Ш. О. Кулон қозғалмайтын екі кішкене зарядталған шариктердің бір - бірімен өзара әрекеттесу күшін эксперимент жүзінде анықтады. Ол 1785 ж. өзінің Кулон заңы деп аталып кеткен заңын ашты.
Кулон заңы: вакуумдағы қозғалмайтын екі нүктелік зарядтың өзара әрекеттесу күші зарядтар модулінің көбейтіндісіне тура пропорционал және олардың арақашықтарының квадратына кері пропорционал. Бұл күш осы зарядтарды қосатын түзу бойымен бағытталған.
Бұл күшті Кулон күші деп атайды. Кулон заңының математикалық өрнегі:
Осы формуладағы k коэффициенті бірлік жүйесін таңдап алу арқылы анықталады. Ол вакуумда бірлік қашықтықта тұрған бірлік зарядтар бір - бірімен қандай күшпен әрекеттесетінін көрсетеді.
SI жүйесінде k коэффициентінің мәні - қа тең.
Кулон(Кл) – бірлік уақыт ішінде өткізгіштің бірлік көлденең қимасының ауданы арқылы 1 А ток күшіне тең ток жүрген кезде өтетін заряд. 1 Кл = 1А•с
Ампер заңы
Белгілі француз физигі А. М. Ампер токтардың өзара әрекетін зерттей отырып, магнит өрісінің токқа белгілі бір күшпен (бұл күш кейін Ампер күші деп аталып кетті) әрекет ететінін көрсететін бірнеше тәжірибелер қойды. Сол тәжірибелердің бірін қарастырайық.
Бойынан ток өтетін өткізгіш таға тәрізді магнит полюстерінің арасына орналастырылған. Ампер ток күшін, өткізгіштің белсенді бөлігінің ∆l ұзындығын (яғни оның магнит өрісінде тұрған бөлігі), магнит өрісі бағыты мен тогы бар өткізгіш арасындағы α бұрышын және магнит өрісінің шамасын өзгерте отырып тәжірибелерді қайталағанда, ол күштің теңдігімен анықталатынын тапты.
Осы теңдіктен α = 90°(sin90° = 1) кезінде Ампер күшінің ең үлкен мәнге ие болатынын көріп отырамыз, яғни өткізгіш магнит өрісіне перпендикуляр, сонда
Заң тағайындалғаннан кейін магнит өрісін сипаттайтын шама енгізіліп, оны магнит өрісінің индукция векторы деп атады, ол
Формуласымен анықталады. Осы теңдіктен магнит өрісі бар кеңістіктің әрбір нүктесін осы магнит өрісі бірлік ұзындықтағы тогы бар өткізгішке қандай күшпен әрекет ететінін көрсететін векторлық физикалық шамамен сипаттауға болатынын көреміз. Магнит өрісінің индукция векторын эксперимент жүзінде анықтайды.
Лоренц күші
Магниттік өрістің қозғалған зарядқа әрекетін зерттеу нәтижесінде бұл өрістің зарядқа әрекет ететін күші q зарядқа, оның қозғалысының жылдамдығына пропорционал екендігі және күштің жылдамдық векторының бағытына тәуелді екені анықталды. Қозғалған зарядқа магниттік өріс әрекетінің нөлге айналатын жылдамдық бағыты магниттік өрістің күштік сызықтарына бағыты болып қабылданады. Магниттік өрістің күштік сызығымен бұрыш құрастырып, жылдамдықпен қозғалған q электр зарядына магниттік өріс Fм күшпен әрекет етеді:
Бұл күш Лоренц күші деп аталады.
Кирхгоф ережелері
Тізбектерге есептеулер жүргізгенде Кирхгоф ережелерін пайдаланған ыңғайлы. Жалпы жағдайда тізбекте кем дегенде үш өткізгіш тоғысатын нүктелерді табуға болады. Мұндай нүктелер түйіндер деп аталады. Тізбектің бір элементін тастап шыққан кез келген зарядтың тізбектің басқа бір элементіне келіп кіруі тиіс екені анық. Түйінде токтар тармақталады да, зарядтың сақталу заңынан токтардың үзіліссіздік шарты шығады: түйінге кіріп жатқан ток күштерінің қосындысы түйіннен шығып жатқан ток күштерінің қосындысына тең:
(1)
Токтардың бағытын біз алдын ала білмейміз. Сондықтан токтардың оң бағытын қалауымызша аламыз және оң бағытта таралатын ток үшін деген белгілеу енгіземіз. Егер шешу кезінде қайсыбір ток үшін теріс мән шықса, онда бұл берілген бөлікте ток қабылданған бағытқа қарама - қарсы қозғалады дегенді білдіреді.
(1) қатынасы Кирхгофтың бірінші ережесі деп аталады.
Кирхгофтың екінші ережесі берілген тізбекте бөліп қарастыруға болатын кез келген тұйықталған контурларға арналған: кез келген тұйықталған контурда кедергілердегі кернеудің түсулерінің қосындысы осы контурдағы ЭҚК - тердің қосындысына тең болады.
Егер берілген бөлікте контурды айналып өту бағыты токтың оң бағытымен бағыттас болса, онда ток көзінің ішкі кедергісіндегі және өткізгіштердегі кернеудің түсуі оң деп есептеледі. Егер ток көзін айналып өту бағыты теріс полюстен басталып оң полюсте аяқталатын болса, онда ЭҚК - і оң таңбамен алынады. Ток көзін оң полюстен бастап теріс полюске қарай айналып өтетін болса, онда ЭҚК - і теріс таңбамен алынады.
Максвелл гипотезасы
Максвелл электромагниттік өріс теориясын ұсынды. Электромагниттік өрістің кеңістікте жарық жылдамдығына тең жылдамдықпен тарайтын электромагниттік толқын екенін дәлелдеді.
Электр өрісі тыныштықтағы зарядқа да, қозғалыстағы зарядқа да әсер ете алады, сондықтан Максвелл мынадай идея ұсынады: айнымалы құйынды магнит өрісі алдымен айнымалы құйынды электр өрісін туғызады, ол өріс контурда тыныштықтағы электрондардың бағытталған қозғалысын, яғни электр тогын туғызады. К бақылаушы осы токты байқап тіркейді.
Максвелл бойынша айнымалы магнит өрісі маңайындағы кеңістікте әрқашан құйынды электр өрісі пайда болады.
Кеңістіктің қандай да бір нүктесінде күш
сызықтары тұйық болатындай құйынды
электр өрісін тудыратын құйынды магнит
өрісі пайда болсын дейік.
Құйынды электр өрісінің күш сызықтарының бағыты магнит өрісінде нақты сым орама орналасқан индукциялық токтың бағытымен бағыттас болар еді. Өз кезегінде, айнымалы электр өрісі кеңістікте айнымалы магнит өрісін тудырады, яғни ~ ~. Эксперименттер арқылы дәлелденген Максвеллдің екі гипотезасы негізінде (1. ~ ~; 2. ~ ~ ) электромагниттік толқынның пайда болуын түсіндіре аламыз.
Максвелл теориялық жолмен электромагниттік толқынның вакуумде таралу жылдамдығының мәнін алады:
Тізбек бөлігі үшін Ом заңы
Пропорционалдық k коэффициенті өткізгіш материалының тегіне және оның өлшеміне тәуелді. Неміс физигі Г. Ом 1827 ж. Бірқатар тәжірибелер нәтижесінде осы тәуелділікті ашып, k коэффициентінің орнына оған кері шамасын алды да, оны өткізгіш кедергісі деп атады. Г. Омның құрметіне кедергі оммен (Ом) өлшенеді.
1 Ом – ұштарының арасындағы кернеу 1 В болғанда, бойынан 1 А ток өтетін өткізгіштің кедергісі.
Тізбек бөлігі арқылы өтетін ток күші тізбек ұштарындағы кернеуге тура пропорционал және оның кедергісіне кері пропорционал.
Бұл тізбек бөлігі үшін Ом заңының математикалық өрнегі.
Толық тізбек үшін Ом заңы
Тұйық тізбектегі ток күші ток көзінің электр қозғаушы күшінің шамасына кері пропорционал және тізбектің ішкі, сыртқы кедергілерінің қосындысымен анықталатын толық кедергісіне кері пропорционал.
Бұл қатынас толық (тұйық) тізбек үшін Ом заңының математикалық өрнегі.
Айналмалы таразы көмегімен француз физигі Ш. О. Кулон қозғалмайтын екі кішкене зарядталған шариктердің бір - бірімен өзара әрекеттесу күшін эксперимент жүзінде анықтады. Ол 1785 ж. өзінің Кулон заңы деп аталып кеткен заңын ашты.
Кулон заңы: вакуумдағы қозғалмайтын екі нүктелік зарядтың өзара әрекеттесу күші зарядтар модулінің көбейтіндісіне тура пропорционал және олардың арақашықтарының квадратына кері пропорционал. Бұл күш осы зарядтарды қосатын түзу бойымен бағытталған.
Бұл күшті Кулон күші деп атайды. Кулон заңының математикалық өрнегі:
Осы формуладағы k коэффициенті бірлік жүйесін таңдап алу арқылы анықталады. Ол вакуумда бірлік қашықтықта тұрған бірлік зарядтар бір - бірімен қандай күшпен әрекеттесетінін көрсетеді.
SI жүйесінде k коэффициентінің мәні - қа тең.
Кулон(Кл) – бірлік уақыт ішінде өткізгіштің бірлік көлденең қимасының ауданы арқылы 1 А ток күшіне тең ток жүрген кезде өтетін заряд. 1 Кл = 1А•с
Ампер заңы
Белгілі француз физигі А. М. Ампер токтардың өзара әрекетін зерттей отырып, магнит өрісінің токқа белгілі бір күшпен (бұл күш кейін Ампер күші деп аталып кетті) әрекет ететінін көрсететін бірнеше тәжірибелер қойды. Сол тәжірибелердің бірін қарастырайық.
Бойынан ток өтетін өткізгіш таға тәрізді магнит полюстерінің арасына орналастырылған. Ампер ток күшін, өткізгіштің белсенді бөлігінің ∆l ұзындығын (яғни оның магнит өрісінде тұрған бөлігі), магнит өрісі бағыты мен тогы бар өткізгіш арасындағы α бұрышын және магнит өрісінің шамасын өзгерте отырып тәжірибелерді қайталағанда, ол күштің теңдігімен анықталатынын тапты.
Осы теңдіктен α = 90°(sin90° = 1) кезінде Ампер күшінің ең үлкен мәнге ие болатынын көріп отырамыз, яғни өткізгіш магнит өрісіне перпендикуляр, сонда
Заң тағайындалғаннан кейін магнит өрісін сипаттайтын шама енгізіліп, оны магнит өрісінің индукция векторы деп атады, ол
Формуласымен анықталады. Осы теңдіктен магнит өрісі бар кеңістіктің әрбір нүктесін осы магнит өрісі бірлік ұзындықтағы тогы бар өткізгішке қандай күшпен әрекет ететінін көрсететін векторлық физикалық шамамен сипаттауға болатынын көреміз. Магнит өрісінің индукция векторын эксперимент жүзінде анықтайды.
Лоренц күші
Магниттік өрістің қозғалған зарядқа әрекетін зерттеу нәтижесінде бұл өрістің зарядқа әрекет ететін күші q зарядқа, оның қозғалысының жылдамдығына пропорционал екендігі және күштің жылдамдық векторының бағытына тәуелді екені анықталды. Қозғалған зарядқа магниттік өріс әрекетінің нөлге айналатын жылдамдық бағыты магниттік өрістің күштік сызықтарына бағыты болып қабылданады. Магниттік өрістің күштік сызығымен бұрыш құрастырып, жылдамдықпен қозғалған q электр зарядына магниттік өріс Fм күшпен әрекет етеді:
Бұл күш Лоренц күші деп аталады.
Кирхгоф ережелері
Тізбектерге есептеулер жүргізгенде Кирхгоф ережелерін пайдаланған ыңғайлы. Жалпы жағдайда тізбекте кем дегенде үш өткізгіш тоғысатын нүктелерді табуға болады. Мұндай нүктелер түйіндер деп аталады. Тізбектің бір элементін тастап шыққан кез келген зарядтың тізбектің басқа бір элементіне келіп кіруі тиіс екені анық. Түйінде токтар тармақталады да, зарядтың сақталу заңынан токтардың үзіліссіздік шарты шығады: түйінге кіріп жатқан ток күштерінің қосындысы түйіннен шығып жатқан ток күштерінің қосындысына тең:
(1)
Токтардың бағытын біз алдын ала білмейміз. Сондықтан токтардың оң бағытын қалауымызша аламыз және оң бағытта таралатын ток үшін деген белгілеу енгіземіз. Егер шешу кезінде қайсыбір ток үшін теріс мән шықса, онда бұл берілген бөлікте ток қабылданған бағытқа қарама - қарсы қозғалады дегенді білдіреді.
(1) қатынасы Кирхгофтың бірінші ережесі деп аталады.
Кирхгофтың екінші ережесі берілген тізбекте бөліп қарастыруға болатын кез келген тұйықталған контурларға арналған: кез келген тұйықталған контурда кедергілердегі кернеудің түсулерінің қосындысы осы контурдағы ЭҚК - тердің қосындысына тең болады.
Егер берілген бөлікте контурды айналып өту бағыты токтың оң бағытымен бағыттас болса, онда ток көзінің ішкі кедергісіндегі және өткізгіштердегі кернеудің түсуі оң деп есептеледі. Егер ток көзін айналып өту бағыты теріс полюстен басталып оң полюсте аяқталатын болса, онда ЭҚК - і оң таңбамен алынады. Ток көзін оң полюстен бастап теріс полюске қарай айналып өтетін болса, онда ЭҚК - і теріс таңбамен алынады.
Максвелл гипотезасы
Максвелл электромагниттік өріс теориясын ұсынды. Электромагниттік өрістің кеңістікте жарық жылдамдығына тең жылдамдықпен тарайтын электромагниттік толқын екенін дәлелдеді.
Электр өрісі тыныштықтағы зарядқа да, қозғалыстағы зарядқа да әсер ете алады, сондықтан Максвелл мынадай идея ұсынады: айнымалы құйынды магнит өрісі алдымен айнымалы құйынды электр өрісін туғызады, ол өріс контурда тыныштықтағы электрондардың бағытталған қозғалысын, яғни электр тогын туғызады. К бақылаушы осы токты байқап тіркейді.
Максвелл бойынша айнымалы магнит өрісі маңайындағы кеңістікте әрқашан құйынды электр өрісі пайда болады.
Кеңістіктің қандай да бір нүктесінде күш
сызықтары тұйық болатындай құйынды
электр өрісін тудыратын құйынды магнит
өрісі пайда болсын дейік.
Құйынды электр өрісінің күш сызықтарының бағыты магнит өрісінде нақты сым орама орналасқан индукциялық токтың бағытымен бағыттас болар еді. Өз кезегінде, айнымалы электр өрісі кеңістікте айнымалы магнит өрісін тудырады, яғни ~ ~. Эксперименттер арқылы дәлелденген Максвеллдің екі гипотезасы негізінде (1. ~ ~; 2. ~ ~ ) электромагниттік толқынның пайда болуын түсіндіре аламыз.
Максвелл теориялық жолмен электромагниттік толқынның вакуумде таралу жылдамдығының мәнін алады:
Тізбек бөлігі үшін Ом заңы
Пропорционалдық k коэффициенті өткізгіш материалының тегіне және оның өлшеміне тәуелді. Неміс физигі Г. Ом 1827 ж. Бірқатар тәжірибелер нәтижесінде осы тәуелділікті ашып, k коэффициентінің орнына оған кері шамасын алды да, оны өткізгіш кедергісі деп атады. Г. Омның құрметіне кедергі оммен (Ом) өлшенеді.
1 Ом – ұштарының арасындағы кернеу 1 В болғанда, бойынан 1 А ток өтетін өткізгіштің кедергісі.
Тізбек бөлігі арқылы өтетін ток күші тізбек ұштарындағы кернеуге тура пропорционал және оның кедергісіне кері пропорционал.
Бұл тізбек бөлігі үшін Ом заңының математикалық өрнегі.
Толық тізбек үшін Ом заңы
Тұйық тізбектегі ток күші ток көзінің электр қозғаушы күшінің шамасына кері пропорционал және тізбектің ішкі, сыртқы кедергілерінің қосындысымен анықталатын толық кедергісіне кері пропорционал.
Бұл қатынас толық (тұйық) тізбек үшін Ом заңының математикалық өрнегі.
Жаңалықтар
Физика пәні 8 - сынып
1. Теріс заряды бар бөлшек А) протон В) нейтрон С) электрон Д) позитрон
Кулон заңы. Жұмыс, қуaт, энeргия тaқырытaрынa eсeптeр шығaру
Тыныштықтағы екі нүктелік зарядталған денелердің немесе бөлшектердің өзара әсерлесу заңы тұжырымдау, Бүкіләлемдік тартылыс заңына ұқсастығымен айырмашылықтары түсіну
Электр өрісінің потенциалы. Суперпозиция принципі. Потенциалдар айырымы. Эквипотенциал беттер.
Сабақтың мақсаты: Білімділік: Электр өрісінің потенциалын сипаттайтын шамалардың физикалық мағынасын түсініп, өзара байланысын сипаттайтын формулаларды ажырату.
Электростатиканың негізгі заңы – Кулон заңы
Қозғалмайтын зарядталған екі нүктелік дененің вакуумдағы өзара әсерлесу күші олардың зарядтарның модульдерінің көбейтіндісіне тура пропорционал және ара қашықтықтың квадратына кері пропорционал болады.
Электр зарядтарының өзара әрекеттесуі. Кулон заңы
Сабақтың мақсаты: Оқушылардың электростатиканың негізгі заңдары тұйықталған жүйеде зарядтың сақталу заңы мен Кулон заңының маңызы мен мазмұнын түсініп есеп шығаруға дағдыландыру.
Электростатиканың негізгі заңы - Кулон заңы
Ақтөбе қаласы, Благодар орта мектебінің физика пәні мұғалімі Қоянбаева Асылгүл Жайылханқызы
Пікірлер (0)
Ақпарат
Қонақтар,тобындағы қолданушылар пікірін білдіре алмайды.
Қонақтар,тобындағы қолданушылар пікірін білдіре алмайды.