ელექტრული ველის თვისებებსა და მახასიათებლებს სწავლობს თითქმის ყველა ტექნიკური სპეციალისტი. მაგრამ უნივერსიტეტის კურსი ხშირად რთული და გაუგებარი ენით იწერება. ამიტომ, სტატიის ფარგლებში, ხელმისაწვდომი იქნება ელექტრული ველების მახასიათებლები, რათა ყველამ შეძლოს მათი გაგება. გარდა ამისა, ჩვენ განსაკუთრებულ ყურადღებას მივაქცევთ ურთიერთდაკავშირებულ ცნებებს (სუპერპოზიციას) და ფიზიკის ამ სფეროს განვითარების შესაძლებლობებს.
ზოგადი ინფორმაცია
თანამედროვე კონცეფციების თანახმად, ელექტრული მუხტები პირდაპირ არ ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან. აქედან გამოდის საინტერესო თვისება. ასე რომ, თითოეულ დამუხტულ სხეულს აქვს საკუთარი ელექტრული ველი მიმდებარე სივრცეში. ეს გავლენას ახდენს სხვა სუბიექტებზე. ელექტრული ველების მახასიათებლები ჩვენთვის საინტერესოა, რადგან ისინი აჩვენებენ ველის გავლენას ელექტრულ მუხტებზე და იმ ძალაზე, რომლითაც იგი ხორციელდება. რა დასკვნის გაკეთება შეიძლება აქედან? დამუხტულ სხეულებს არ აქვთ ურთიერთ პირდაპირი ეფექტი. ამისათვის გამოიყენება ელექტრული ველები. როგორ შეიძლება მათი შესწავლა? ამისათვის შეგიძლიათ გამოიყენოთ სატესტო მუხტი - მცირე წერტილის ნაწილაკების სხივი, რომელიც არ არისმნიშვნელოვან გავლენას მოახდენს არსებულ სტრუქტურაზე. რა არის ელექტრული ველის მახასიათებლები? სამი მათგანია: დაძაბულობა, დაძაბულობა და პოტენციალი. თითოეულ მათგანს აქვს საკუთარი მახასიათებლები და გავლენის სფერო ნაწილაკებზე.
ელექტრული ველი: რა არის ეს?
მაგრამ სანამ სტატიის მთავარ თემაზე გადახვიდეთ, საჭიროა გქონდეთ გარკვეული ცოდნა. თუ ისინი არიან, მაშინ ეს ნაწილი შეიძლება უსაფრთხოდ გამოტოვოთ. ჯერ განვიხილოთ ელექტრული ველის არსებობის მიზეზი. იმისათვის, რომ ეს იყოს, საჭიროა გადასახადი. უფრო მეტიც, სივრცის თვისებები, რომელშიც იმყოფება დამუხტული სხეული, უნდა განსხვავდებოდეს იმ სივრცისგან, სადაც ის არ არსებობს. აქ არის ასეთი ფუნქცია: თუ მუხტი მოთავსებულია გარკვეულ კოორდინატულ სისტემაში, მაშინ ცვლილებები არ მოხდება მყისიერად, არამედ მხოლოდ გარკვეული სიჩქარით. ისინი, ტალღების მსგავსად, გავრცელდებიან სივრცეში. ამას თან ახლავს მექანიკური ძალების გამოჩენა, რომლებიც მოქმედებენ ამ კოორდინატთა სისტემის სხვა მატარებლებზე. და აქ მივედით მთავარზე! წარმოშობილი ძალები არა პირდაპირი გავლენის, არამედ ხარისხობრივად შეცვლილი გარემოს მეშვეობით ურთიერთქმედების შედეგია. სივრცეს, რომელშიც ხდება ასეთი ცვლილებები, ეწოდება ელექტრული ველი.
ფუნქციები
ელექტრული ველში განთავსებული მუხტი მოძრაობს მასზე მოქმედი ძალის მიმართულებით. შესაძლებელია თუ არა დასვენების მდგომარეობის მიღწევა? დიახ, ეს საკმაოდ რეალურია. მაგრამ ამისთვის ელექტრული ველის სიძლიერე ზოგიერთი უნდა იყოს დაბალანსებულისხვა გავლენა. როგორც კი დისბალანსი მოხდება, მუხტი კვლავ იწყებს მოძრაობას. მიმართულება ამ შემთხვევაში დამოკიდებული იქნება უფრო დიდ ძალაზე. თუმცა თუ ბევრი მათგანი იქნება, საბოლოო შედეგი იქნება რაღაც დაბალანსებული და უნივერსალური. უკეთ რომ წარმოიდგინოთ, რასთან უნდა იმუშაოთ, ძალის ხაზებია გამოსახული. მათი მიმართულებები შეესაბამება მოქმედ ძალებს. უნდა აღინიშნოს, რომ ძალის ხაზებს აქვს დასაწყისიც და დასასრულიც. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ისინი არ იკეტებიან საკუთარ თავზე. ისინი იწყება დადებითად დამუხტულ სხეულებზე და მთავრდება უარყოფითზე. ეს ყველაფერი არ არის, უფრო დეტალურად ძალის ხაზებზე, მათ თეორიულ საფუძველსა და პრაქტიკულ განხორციელებაზე, ტექსტში ცოტა შემდგომ ვისაუბრებთ და მათ კულონის კანონთან ერთად განვიხილავთ.
ელექტრული ველის სიძლიერე
ეს მახასიათებელი გამოიყენება ელექტრული ველის რაოდენობრივად გასაზომად. ამის გაგება საკმაოდ რთულია. ელექტრული ველის (სიძლიერის) ეს მახასიათებელი არის ფიზიკური სიდიდე, რომელიც უდრის მოქმედების ძალის თანაფარდობას დადებით საცდელ მუხტზე, რომელიც მდებარეობს სივრცის გარკვეულ წერტილში, მის მნიშვნელობასთან. აქ არის ერთი განსაკუთრებული ასპექტი. ეს ფიზიკური რაოდენობა არის ვექტორი. მისი მიმართულება ემთხვევა იმ ძალის მიმართულებას, რომელიც მოქმედებს დადებით სატესტო მუხტზე. თქვენ ასევე უნდა უპასუხოთ ერთ ძალიან გავრცელებულ კითხვას და გაითვალისწინოთ, რომ ელექტრული ველის დამახასიათებელი სიძლიერე სწორედ ინტენსივობაა. და რა ემართება უძრავ და უცვლელ საგნებს? მათი ელექტრული ველი განიხილება ელექტროსტატიკური. წერტილოვანი მუხტით მუშაობისას დადაძაბულობის შესწავლისადმი ინტერესი უზრუნველყოფილია ძალის ხაზებით და კულონის კანონით. რა ფუნქციები არსებობს აქ?
კულონის კანონი და ძალის ხაზები
ელექტრული ველის დამახასიათებელი ძალა ამ შემთხვევაში მუშაობს მხოლოდ წერტილის მუხტზე, რომელიც მდებარეობს მისგან გარკვეული რადიუსის მანძილზე. და თუ ავიღებთ ამ მნიშვნელობის მოდულს, მაშინ გვექნება კულონის ველი. მასში ვექტორის მიმართულება პირდაპირ დამოკიდებულია მუხტის ნიშანზე. ასე რომ, თუ ის დადებითია, მაშინ ველი "გადაადგილდება" რადიუსის გასწვრივ. საპირისპირო სიტუაციაში, ვექტორი პირდაპირ მიმართული იქნება მუხტისკენ. ვიზუალური გაგებისთვის, თუ რა ხდება და როგორ, შეგიძლიათ იპოვოთ და გაეცნოთ ნახატებს, რომლებიც აჩვენებს ძალის ხაზებს. ელექტრული ველის ძირითადი მახასიათებლები სახელმძღვანელოებში, მართალია, საკმაოდ რთული ასახსნელია, მაგრამ ნახატებს, მათ უნდა მივცეთ დამსახურება, ისინი მაღალი ხარისხისაა. მართალია, უნდა აღინიშნოს წიგნების ასეთი თვისება: ძალის ხაზების ნახატების აგებისას, მათი სიმკვრივე პროპორციულია დაძაბულობის ვექტორის მოდულისა. ეს არის პატარა მინიშნება, რომელიც შეიძლება დიდი დახმარება აღმოჩნდეს ცოდნის კონტროლში ან გამოცდაში.
პოტენციალი
მუხტი ყოველთვის მოძრაობს, როცა ძალთა ბალანსი არ არის. ეს გვეუბნება, რომ ამ შემთხვევაში ელექტრულ ველს აქვს პოტენციური ენერგია. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, მას შეუძლია გარკვეული სამუშაოს შესრულება. მოდით შევხედოთ პატარა მაგალითს. ელექტრულმა ველმა გადაიტანა მუხტი წერტილიდანხოლო B.-ში შედეგად ხდება ველის პოტენციური ენერგიის შემცირება. ეს იმიტომ ხდება, რომ სამუშაო შესრულებულია. ელექტრული ველის ეს სიმძლავრე მახასიათებელი არ შეიცვლება, თუ მოძრაობა განხორციელდა გარე გავლენის ქვეშ. ამ შემთხვევაში პოტენციური ენერგია არა შემცირდება, არამედ გაიზრდება. უფრო მეტიც, ელექტრული ველის ეს ფიზიკური მახასიათებელი შეიცვლება გამოყენებული გარე ძალის პირდაპირპროპორციულად, რომელიც მოძრაობს მუხტს ელექტრულ ველში. აღსანიშნავია, რომ ამ შემთხვევაში მთელი შესრულებული სამუშაო მოხმარდება პოტენციური ენერგიის გაზრდას. თემის გასაგებად ავიღოთ შემდეგი მაგალითი. ასე რომ, ჩვენ გვაქვს დადებითი მუხტი. იგი მდებარეობს ელექტრული ველის გარეთ, რომელიც განიხილება. ამის გამო ზემოქმედება იმდენად მცირეა, რომ მისი იგნორირება შესაძლებელია. წარმოიქმნება გარეგანი ძალა, რომელიც ატარებს მუხტს ელექტრულ ველში. ის აკეთებს სამუშაოს, რომელიც აუცილებელია გადაადგილებისთვის. ამ შემთხვევაში ველის ძალები დაძლეულია. ამრიგად, წარმოიქმნება მოქმედების პოტენციალი, მაგრამ უკვე თავად ელექტრულ ველში. უნდა აღინიშნოს, რომ ეს შეიძლება იყოს ჰეტეროგენული მაჩვენებელი. ამრიგად, ენერგიას, რომელიც ეხება დადებითი მუხტის თითოეულ კონკრეტულ ერთეულს, ეწოდება ველის პოტენციალი იმ წერტილში. ის რიცხობრივად უდრის სამუშაოს, რომელიც შესრულდა გარე ძალის მიერ საგნის მოცემულ ადგილას გადასატანად. ველის პოტენციალი იზომება ვოლტებში.
ძაბვა
ნებისმიერ ელექტრულ ველში შეგიძლიათ დააკვირდეთ, თუ როგორ "მიგრირებენ" დადებითი მუხტები მაღალი პოტენციალის მქონე წერტილებიდან მათზე, რომლებსაც აქვთ ამ პარამეტრის დაბალი მნიშვნელობები.ნეგატივები ამ გზას საპირისპირო მიმართულებით მიჰყვება. მაგრამ ორივე შემთხვევაში ეს ხდება მხოლოდ პოტენციური ენერგიის არსებობის გამო. მისგან გამოითვლება ძაბვა. ამისათვის აუცილებელია ვიცოდეთ მნიშვნელობა, რომლითაც ველის პოტენციური ენერგია შემცირდა. ძაბვა რიცხობრივად უდრის სამუშაოს, რომელიც გაკეთდა დადებითი მუხტის გადასატანად ორ კონკრეტულ წერტილს შორის. აქედან საინტერესო მიმოწერა ჩანს. ამრიგად, ძაბვა და პოტენციური განსხვავება ამ შემთხვევაში ერთი და იგივე ფიზიკური ერთეულია.
ელექტრული ველების სუპერპოზიცია
მაშ ასე, ჩვენ განვიხილეთ ელექტრული ველის ძირითადი მახასიათებლები. მაგრამ თემის უკეთ გასაგებად, ჩვენ ვთავაზობთ დამატებით გავითვალისწინოთ მრავალი პარამეტრი, რომელიც შეიძლება იყოს მნიშვნელოვანი. და ჩვენ დავიწყებთ ელექტრული ველების სუპერპოზიციით. ადრე განვიხილავდით სიტუაციებს, რომლებშიც მხოლოდ ერთი კონკრეტული გადასახადი იყო. მაგრამ მათგან ბევრია მინდვრებში! ამიტომ, რეალობასთან მიახლოებული სიტუაციის გათვალისწინებით, წარმოვიდგინოთ, რომ რამდენიმე ბრალდება გვაქვს. შემდეგ გამოდის, რომ ძალები, რომლებიც ემორჩილებიან ვექტორის შეკრების წესს, იმოქმედებენ საცდელ სუბიექტზე. ასევე, სუპერპოზიციის პრინციპი ამბობს, რომ რთული მოძრაობა შეიძლება დაიყოს ორ ან მეტ მარტივ მოძრაობად. რეალისტური მოძრაობის მოდელის შემუშავება სუპერპოზიციის გათვალისწინების გარეშე შეუძლებელია. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ნაწილაკზე, რომელსაც ჩვენ განვიხილავთ არსებულ პირობებში, გავლენას ახდენს სხვადასხვა მუხტები, რომელთაგან თითოეულს აქვს საკუთარიელექტრული ველი.
გამოიყენე
უნდა აღინიშნოს, რომ ახლა ელექტრული ველის შესაძლებლობები სრულად არ გამოიყენება. უფრო სწორიც კი იქნება, თუ ვიტყვით, რომ მის პოტენციალს ჩვენ თითქმის არ ვიყენებთ. ჩიჟევსკის ჭაღი შეიძლება მოვიყვანოთ, როგორც ელექტრული ველის შესაძლებლობების პრაქტიკული განხორციელება. ადრე, გასული საუკუნის შუა ხანებში, კაცობრიობამ დაიწყო კოსმოსის შესწავლა. მაგრამ მეცნიერებს ბევრი გადაუჭრელი კითხვა ჰქონდათ. ერთ-ერთი მათგანია ჰაერი და მისი მავნე კომპონენტები. საბჭოთა მეცნიერი ჩიჟევსკი, რომელიც ამავე დროს დაინტერესებული იყო ელექტრული ველისთვის დამახასიათებელი ენერგიით, აიღო ამ პრობლემის გადაწყვეტა. და უნდა აღინიშნოს, რომ მან მართლაც კარგი განვითარება მიიღო. ეს მოწყობილობა დაფუძნებული იყო მცირე გამონადენის გამო აეროონული ჰაერის ნაკადების შექმნის ტექნიკაზე. მაგრამ სტატიის ფარგლებში ჩვენ გვაინტერესებს არა იმდენად თავად მოწყობილობა, რამდენადაც მისი მუშაობის პრინციპი. ფაქტია, რომ ჩიჟევსკის ჭაღის ფუნქციონირებისთვის გამოიყენებოდა არა სტაციონარული დენის წყარო, არამედ ელექტრული ველი! ენერგიის კონცენტრირებისთვის გამოიყენებოდა სპეციალური კონდენსატორები. გარემოს ელექტრული ველის ენერგეტიკულმა მახასიათებლებმა მნიშვნელოვნად იმოქმედა მოწყობილობის წარმატებაზე. ანუ ეს მოწყობილობა სპეციალურად შეიქმნა კოსმოსური ხომალდებისთვის, რომლებიც ფაქტიურად გადატვირთულია ელექტრონიკით. იგი იკვებებოდა მუდმივი ენერგიის წყაროებთან დაკავშირებული სხვა მოწყობილობების საქმიანობის შედეგებით. აღსანიშნავია, რომ მიმართულება არ იყო მიტოვებული და ამჟამად ელექტრული ველიდან ენერგიის აღების შესაძლებლობას იკვლევენ. სიმართლე,უნდა აღინიშნოს, რომ მნიშვნელოვანი პროგრესი ჯერ არ არის მიღწეული. ასევე აუცილებელია აღინიშნოს მიმდინარე კვლევების შედარებით მცირე მასშტაბები და ის ფაქტი, რომ მათ უმეტესობას ახორციელებენ მოხალისე გამომგონებლები.
რა მახასიათებლებზე მოქმედებს ელექტრული ველები?
რატომ შეისწავლეთ ისინი? როგორც უკვე აღვნიშნეთ, ელექტრული ველის მახასიათებლებია სიძლიერე, ძაბვა და პოტენციალი. ჩვეულებრივი ჩვეულებრივი ადამიანის ცხოვრებაში, ეს პარამეტრები ვერ დაიკვეხნის მნიშვნელოვანი გავლენით. მაგრამ როდესაც ჩნდება კითხვები, რომ რაღაც დიდი და რთული უნდა გაკეთდეს, მაშინ მათი არ განხილვა ფუფუნებაა. ფაქტია, რომ ელექტრონული ველების გადაჭარბებული რაოდენობა (ან მათი გადაჭარბებული სიძლიერე) იწვევს აღჭურვილობის მიერ სიგნალების გადაცემაში ჩარევას. ეს იწვევს გადაცემული ინფორმაციის დამახინჯებას. უნდა აღინიშნოს, რომ ეს არ არის ამ ტიპის ერთადერთი პრობლემა. ტექნოლოგიის თეთრი ხმაურის გარდა, ზედმეტად ძლიერმა ელექტრონულმა ველებმაც შეიძლება უარყოფითად იმოქმედოს ადამიანის ორგანიზმის ფუნქციონირებაზე. უნდა აღინიშნოს, რომ ოთახის მცირე იონიზაცია კვლავ კურთხევად ითვლება, რადგან ეს ხელს უწყობს მტვრის დალექვას ადამიანის საცხოვრებლის ზედაპირებზე. მაგრამ თუ გადავხედავთ რამდენი ყველა სახის აღჭურვილობა (მაცივარი, ტელევიზორი, ქვაბები, ტელეფონები, ელექტროსისტემები და ა.შ.) არის ჩვენს სახლებში, შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ სამწუხაროდ, ეს არ არის კარგი ჩვენი ჯანმრთელობისთვის. უნდა აღინიშნოს, რომ ელექტრული ველების დაბალი მახასიათებლები თითქმის არანაირ ზიანს არ გვაყენებს, ვინაიდანკაცობრიობა დიდი ხანია მიჩვეულია კოსმოსურ გამოსხივებას. მაგრამ ძნელი სათქმელია ელექტრონიკაზე. რა თქმა უნდა, ამ ყველაფერზე უარის თქმა შეუძლებელი იქნება, მაგრამ შესაძლებელია ელექტრული ველების უარყოფითი ზემოქმედების მინიმიზაცია ადამიანის ორგანიზმზე. ამისთვის, სხვათა შორის, საკმარისია ტექნოლოგიის ენერგოეფექტური გამოყენების პრინციპების გამოყენება, რომელიც ითვალისწინებს მექანიზმების მუშაობის დროის მინიმუმამდე შემცირებას.
დასკვნა
ჩვენ გამოვიკვლიეთ რა ფიზიკური სიდიდე ახასიათებს ელექტრული ველის, სად რა გამოიყენება, როგორია განვითარების პოტენციალი და მათი გამოყენება ყოველდღიურ ცხოვრებაში. მაგრამ მაინც მინდა დავამატო რამდენიმე საბოლოო სიტყვა ამ თემაზე. აღსანიშნავია, რომ მათით საკმაოდ დიდი რაოდენობა დაინტერესდა. ისტორიაში ერთ-ერთი ყველაზე თვალსაჩინო კვალი დატოვა ცნობილმა სერბმა გამომგონებელმა ნიკოლა ტესლამ. ამაში მან მოახერხა მნიშვნელოვანი წარმატების მიღწევა თავისი გეგმების განხორციელებაში, მაგრამ, სამწუხაროდ, არა ენერგოეფექტურობის თვალსაზრისით. ამიტომ, თუ არსებობს ამ მიმართულებით მუშაობის სურვილი, არის უამრავი გამოუვლენელი შესაძლებლობა.
