Өткізгіштердегі және диэлектриктердегі электростатикалық өріс
жүктеу/скачать 33,21 Kb.
|
1 2
|
3-дәріс. Өткізгіштердегі және диэлектриктердегі электростатикалық өріс. Дәріс жоспары: Өткізгіштердегі электростатикалық өріс. Өткізгіштің потенциалы. Конденсаторлар. Диэлектриктердегі электростатикалық өріс. Көлемдік және беттік байланыстағы зарядтар, байланысқан зарядтардың көлемдік тығыздығы. Диэлектриктердегі Гаусс теоремасы. Зарядтардың өзара әсерлесу энергиясы. Өткізгіштер деп электр өрісінде зарядтардың қозғалысын, яғни электр тоғын тудыратын материалды денелерді айтады. Өткізгіш бойымен жүретін тоқ күшін, олардың шеттеріне түсірілетін потенциалдар айырымын байланыстыратын заңды Г. Ом ашқан: I=U/R, мұндағы R-өткізгіштің кедергісі. Өткізгіш бетіндегі өріс кернеулігінің нормаль құраушысы (компонентасы) En зарядтың беттік тығыздығымен (σ) бірмәнді анықталады: . Өткізгіш бетінің маңындағы электр өрісінің тангенциаль құраушысының нөлге тең болуы (Eτ=0) электростатикалық өрістің потенциалдығынан және өткізгіш ішінде өрістің жоқ болатындығынан. Өткізгіштің бетімен заряд бірқалыпты таралмайды: зарядтың беттік тығыздығы беттің қисықтығына тәуелді. Зарядтардың беттік тығыздығы беттің қисықтығы өскен сайын арта (ұлғая) түседі, яғни қисықтық радиусы кеміген сайын өседі. Дөңес беттерде зарядтың беттік тығыздығының өсуі, әсіресе, зарядтың үшкір беттен ағып шығуынан айқын көрінеді. Үшкір беттің маңында өрістің кернеулігі өте үлкен болады. Қоршаған ауада зарядтар (иондар, электрондар) болады, оларға, кернеулігі бар өрісте күш әсер етеді. Бір аттас зарядтар үшін үшкір зарядтарына әсер ететін күш әр уақытта өткізгіш жағына бағытталған. Егер үшкір бет оң зарядталса, онда үшкірге келіп түскен теріс зарядтар сәйкес оң зарядтарды нейтралдайды. Бұл оң зарядтардың үшкірді тастап кететін сияқты болып көрінеді немесе мұны үшкірден зарядтардың ағып шығуы деп атайды. Үшкірге әсер ететін күш зарядтардың үшкір ағып шығуы нәтижесінде пайда болған берілетін реактивті күшке эквивалентті. Егер үшкір теріс зарядталған болса, онда электрондар одан ұшып шығады, яғни шындығында, олар үшкірден ағып шығады да өткізгішке (үшкірге) реактивті күш әсер етеді. Көрнекі демонстрация ретінде, үшкірден зарядтың ағып шағуының салдарынан «реактивті күштің» болуын электрлік сегнерово дөңгелегінің айналуынан байқауға болады. Өткізгіштің ішіндегі электростатикалық өрістің нөлге тең екендігі белгілі. Егер өткізгіштің ішкі бөлігін алып тастасақ, өткізгіштегі зарядтардың таралуы да, сыртындағы электр өрісі де өзгермейді, сондықтан өткізгіштің ішкі қуысында орналасқан зарядқа (денеге) сыртқы өрістің әсері болмайды. Осы құбылысты металдық экран деп атайды. Өткізгіштің ішіндегі өрістің кернеулігі нөлге тең болғандықтан өткізгіштің барлық нүктелерінде потенциал мәндері бірдей болады, яғни өткізгіштің 1 және 2 нүктелерінің арасындағы потенциалдар айырымы мынаған тең: (1) Өткізгіштің барлық нүктелеріндегі потенциалдың бірдей мәндерін өткізгіштің потенциалы деп атайды. Потенциал өткізгіштің өлшемі мен пішініне тәуелді, мұның бәрі оның сыйымдылығымен (с) ескеріледі. Өткізгіштің сыйымдылығы деп оңашаланған өткізгіш Q зарядының оның потенциалына қатынасын айтады: (2) Егер бірнеше өткізгіштер алатын болсақ, олардың әрқайсысының потенциалы өткізгіштің зарядына ғана тәуелді емес, сонымен қатар басқа өткізгіштердің туғызатын өрістерінің кернеуліктеріне де байланысты, басқаша айтқанда, басқа өткізгіштердің зарядтарына да тәуелді. Суперпозиция принципі бойынша бұл потенциал осы зарядтарға тура прапорционал. (3) Мұндағы: - өткізгіштер потенциалдары, (4) - өткізгіштердің зарядтары; (5) - потенциялық, – сыйымдылық коэффициенттері. Өткізгіштер зарядтары qi болғанда, потенциалды болса, онда (6) болатындығына көз жеткізу қиын емес. Бұл (6) теңдікті өзара байланыстық теоремасы деп атайды. (6) теоремадан , –ді қанағаттандыратын шарттар: - , коэффициенттері тек өткізгіштердің геометриялық сипаттамаларына және олардың өзара орналасуына тәуелді; -бірдей индексті сыйымдылық коэффициенттері (с11, с22,...) әр уақытта оң , ал әртүрлі индексті болғандағы нөлге тең немесе теріс болады ; -потенциялық коэффициенттер өздерінің индекстеріне қатысты симметриялы . Конденсатор деп арасындағы кеңістікке сыртқы өрістің әсері болмайтындай етіп орналастырылған, екі өткізгіштен тұратын системаны айтады. Өткізгіштер конденсаторлардың астарлары деп аталады және олар шамалары тең таңбалары қарама-қарсы зарядталады. жүктеу/скачать 33,21 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|
1 2