در میان سایر دانشها، فیزیك جزء علومی است كه تاكنون توانسته است

همپای رشته و تكنولوژی و تحولات دانش بشر مجهولات بسیاری را پاسخ

گوید و قدمهای مؤثری را در راستای این تحولات بردارد.

در حقیقت دانش آموزان با داشتن این علم مفید و كاربردی خواهند توانست

پاسخ بسیاری از تحولات جهان را بیابند و مهارت برخورد با مطلب و موضوعات

جدید را بیاموزند تا بتوانند به حل مسائل نائل آیند.

 

الكتریسیته ساكن :

قانون پایستگی بار الكتریكی :

همانگونه كه آموختید، دو نوع بار الكتریكی وجود دارد ، بار الكتریكی را بار منفی و بار پروتون را مثبت نامگذاری كرده اند. بارالكتریكی خود به خود تولید و از بین نمی رود بلكه از یك جسم به جسم دیگر منتقل می شود یعنی مجموع قبل و بعد از مالش برابر است.
اجسام باردار بر یكدیگر نیرو وارد می كنند. این نیروها ممكن است ربایشی یا رانشی باشند. به كمك نیروهایی كه منشأ الكتریكی دارند. می توان ساختار اجسام ، پیوند بین ذره ها و بسیاری از پدیده هایی را كه در طبیعت رخ میدهند توصیف كرد.
 



  قانون اساسی الكتریسته ی ساكن :

بارهای همنام همدیگر را دفع و غیر همنام همدیگر را جذب می كنند. یعنی ممكن است نیروهای الكتریكی (ربایشی) یا رانشی (دافعه ای ) باشند.  



  1-1- قانون كولن :

نیروی الكتریكی بین دو ذره باردار با حاصلضرب بارها و متناسب و با مجذور فاصله ی بین آن دو نسبت عكس دارد( منظور از ذره ی باردار یعنی اینكه تمامی بار در یك نقطه متمركز باشد)


نیروی الكتریكی با حاصل ضرب اندازه ی بار دو ذره نسبت مستقیم دارد. یعنی :


نیروی ربایشی یا رانشی بین دو ذره باردار q1 , q2 كه در فاصله r از یك دیگر قرار دارند، با حاصلضرب بار دو ذره نسبت مستقیم و با مجذورفاصله های دو ذره از یك دیگر نسبت وارون دارد.



در شكل 1-4 به معنای نیرویی است كه ذره اول به ذره دوم وارد می كند نیرویی است
است كه ذره ی دوم به ذره اول وارد می كند. نیروهای الكتریكی كه دو ذره ی باردار به یكدیگر وارد می كنند، هم اندازه و در جهت های مخالف یكدیگرند (قانون سوم نیوتون) اگر اندازه ی این نیروها را با f نشان دهیم، داریم :


قانون كولن را می توان با رابطه ی زیر بیان كرد:


در این رابطه، q1,q 2 بر حسب كولن ، r بر حسب متر و f بر حسب نیوتون است.

ضریب تناسب است كه در آن ضریب

یك ثابت جهانی است و ضریب گذردهی الكتریكی

خلاء نام دارد.
 


برای سادگی در نوشتن می توان ضریب قانون كولن را با نماد k نشان داد :


نكته : در محاسبه ها، علامت مثبت یا منفی بارهای الكتریكی را در رابطه (1-1) وارد نمی كنیم و ربایشی یا رانشی بودن نیروها را به كمك نوع بارها مشخص می كنیم.

مثال 1-1
دو ذره با بارهای الكتریكی در فاصله 3cm از یكدیگر ثابت شده اند ، اندازه ی نیرویی كه دو ذره به یكدیگر وارد می كنند و نوع آنرا مشخص كنید.


چون بارهای الكتریكی دو ذره همنام اند، نیرویی كه دو ذره به یكدیگر وارد می كنند رانشی است.
 



  تمرین 1-1-
در مثال 1-2 (ص 7)، نیروی وارد بر q1 را به دست آورید.


نكته: اگر فاصله ی جسم باردار از ذره باردار (یا جسم باردار دیگر) آن قدر زیاد باشد كه ابعاد جسم در مقابل فاصله ی بین آنها قابل چشم پوشی باشد، می توان جسم را مانند یك ذره ی باردار در نظر گرفت و از رابطه 1-1 برای محاسبه نیروی الكتریكی استفاده كرد.
 



  1-2- میدان الكتریكی :

یك بارالكتریكی در هر نقطه از فضای خود خاصیتی ایجاد می كند كه به آن میدان الكتریكی می گویند. هر اندازه بار بیشتر باشد میدان آن وسیعتر است.
فرض كنید كره ی باردار كوچكی با بار +q مطابق شل 1-17 در نقه A قرار دارد. اگر ذره ای با بارالكتریكی q'+ بر آن نیروی f وارد می شود.


اگر یك بار الكتریكی را در نقطه ای از میدان الكتریكی قرار دهیم. از طرف میدان بر آن نیروی الكتریكی وارد می شود.
 



  1-3 – تعریف كمی میدان الكتریكی :

نیروی وارد بر یكای بار الكتریكی مثبت را در هر نقطه، میدان الكتریكی در آن نقطه می نامیم.
اگر بارالكتریكی نقطه ای q0+ مطابق شكل 1-20 در میدان الكترین حامل از بار q‌قرار گیرد، از طرف میدان حاصل از بار q بر آن نیروی f وارد می شود. بر اساس تعریف بالا، میدان بار q در محل قرارگرفتن بار q0+ كه آن را با نماد E نشان می دهیم از رابطه ی زیر بدست می آید.


میدان الكتریكی كمیتی برداری است و باید در محاسبه ها به این نكته توجه كرد یكای میدان (1-17)


الكتریكی نیوتون بر كولن N/C نام دارد.
 



  مثال 1- 5

بر بار الكتریكی در یك نقطه از میدان بار q، نیروی

5*10-2

وارد می شود.
اندازه میدان الكتریكی را در این نقطه محاسبه كنید. رابطه (1-7)



1-4 – میدان الكتریكی حاصل از یك ذره ی باردار:
می خواهیم میدان الكتریكی حاصل از بار ذره ای را در نقطه A كه به فاصله r از بار q است محاسبه می كنیم. شكل (1-21) برای این محاسبه از رابطه 1-7 استفاده می كنیم.
اگر بار ذره ای q0+ در نقطه A قرار گیرد. از طرف بار q به آن نیروی F وارد می شود.
با استفاده از قانون كولن، بزرگی نیروی f‌ را محاسبه می كنیم و با جای گذاری در رابطه 1-7 میدان الكتریكی بار q را در نقطه ی A بدست می آوریم.
رابطه ی (1-8) عامل های مؤثر بر میدان الكتریكی حاصل از بار ذره ای q را مشخص می كند. بنابراین رابطه :

 

حاصل از بار ذره ای q را مشخص می كند. بنابراین رابطه : (1-8) میدان بااندازه ی بار q نسبت مستقیم و با مجذور فاصله از آن، نسبت وارون دارد. برای مشخص كردن جهت بردار میدان در یك نقطه، مثلاً نقطه ی A در شكل ( 1-21) فرض می كنیم كه بار الكتریكی مثبتی را در آن نقطه قرار داده ایم . میدان در آن نقطه، در جهت نیروی وارد بر این بار فرضی خواهد بود بنابراین میدان الكتریكی در هر نقطه، هم جهت با نیروی وارد بر بار الكتریكی مثبت واقع در آن نقطه است.  

نوشته شده در تاریخ جمعه 12 آذر 1389    | توسط: مهدی قاضی زاده    |    |
نظرات()