Электр өрісінің кернеулік сызықтары

Электр өрісін ағылшын ғалым Фарадей сызықтармен кескіндеуді ұсынды. Ол сызықтардың әр нүктесіндегі жанамалар, сол нүктедегі өрістің кернеулігі векторымен дәл келетін болу керек. Мұндай сызықтар өрістің күш сызықтары деп немесе кернеулік сызықтары деп аталады (3 - сурет).

Күш сызықтары оң зарядтардан басталып, теріс зарядтарда немесе шексіздікте аяқталады деп ұйғарылған (4 а, б - сурет). Кернеулік күш сызықтарының өрісте орналасу қоюлығына қарап, өріс кернеулігінің шамасын да сипаттауға болады. Нүктелік зарядтың сызықтары, егер заряд оң болса зарядтан шығатын, егер теріс болса зарядқа қарай радиус бойымен бағытталған радиал түзулердің жиынтығы екендігі айқын. Енді шамалары бірдей әр аттас зарядталған (а) және аттас (б) екі нүктелік заряд өрістері суретте кескінделген.

 

q

q

+

 

3 - сурет 4 – сурет

 

а)

-

Электростатикалық өріс және оның кернеулігі

Егер кеңістікте зарядты қоршаған ортаға басқа бір зарядты орналастырсақ, онда осы зарядқа Кулон күштерінің әсері байқалады. Демек, зарядты қоршаған кеңістікте күштер өрісі пайда болады дейміз. Сонымен, электр зарядтарының арасындағы өзара әсері электр өрісі арқылы жүзеге асады. Кез келген заряд өзінің айналасындағы кеңістіктің қасиетін өзгертеді, сөйтіп онда электр өрісін туғызады.

Егер бір q зарядты тудыратын өріске - шы зарядын әкеліп орналастырсақ, онда осы зарядқа әсер етуші күш Ғ өрістің әр түрлі нүктелерінде түрліше болады, бірақ Кулон заңына сәйкес, сыншы зарядтың шамасына пропорционал. Сонымен, зарядқа әсер әсер етуші Ғ күштің сол зарядтың шамасына қатынасы, яғни Ғ/ зарядтың шамасына байланысты болмай, тек өрістің берілген нүктесін сипаттайды. Сөйтіп, өрістің барлық нүктелері үшін Ғ/ өрістің белгілі бір объективті қасиеттерінің физикалық сипаттамасын береді. Осы қатынас электростатикалық өрістің кернеулігі деп аталады. Оны әрпімен белгілейік, сонда

= . (7.5)

Сонымен, электростатикалық өрістің қандай да бір нүктесіндегі кернеулігі деп, сол нүктеге қойылған бірлік оң зарядқа әсер ететін күшке сан жағынан алғанда тең және бағыты сол күштің бағытымен дәл келетін физикалық шаманы айтады

. (7.6)

Халықаралық бірліктер жүйесінде (5) теңдеуге сәйкес электростатикалық өріс кернеулігінің өлшем бірлігі Н/Кл, яғни шамасы 1Кл зарядқа 1Н күшпен әсер етеді. Осыған сәйкес нүктелік сыншы зарядтың шамасы болғандықтан, .

Енді (4) және (6) теңдеулерге сәйкес электростатикалық өріс кернеулігінің сан мәнін есептеуге мүмкіндікберетін өрнекті табайық. Ол үшін (6) теңдеудегі күшті өрістің кез келген нүктелеріндегі нүктелік зарядқа әсер етуші күш деп ұғайық, сонда:

. (7.7)

Егер электростатикалық өрісте бірнеше нүктелік заряд берілсе, онда олардың бір нүктедегі қорытқы кернеулігі жеке зарядтардың сол нүктеде тудыратын кернеуліктерінің геометриялық қосындысы болып табылады (3- сурет).

+

-

 

2 - сурет

 

. (7.8)

Бұл электр өрістерінің суперпозиция немесе қаббатасу принципі деп аталады. Суперпозиция принципі зарядтарының кез келген жүйесінің өріс кернеулігін есептеп табуға мүмкіндік береді.