شاه کلید نکات
شاه کلید سوال
![[شاه کلید مای درس] | میدان الکتریکی](https://dl.my-dars.com/upload/image/03 (6)1724528764.jpg)
در فضای اطراف هر جسم باردار خاصيتی بوجود می آيد، که هر گاه جسم باردار ديگری در آن فضا قرار گيرد تحت تاثير قرار می گيرد، به اين خاصيت ميدان الکتريکی می گويند.
تعريف کمی ميدان الکتريکی
نيروی وارد بر يکای بار الکتريکی مثبت را در هر نقطه، ميدان الکتريکی در آن نقطه می ناميم. ميدان الکتريکی بار q در محل بار \({q_0}\) برابر است با: \(E = \frac{F}{{{q_0}}}\)
ميدان الکتريکی کميتی برداری است که آن را با نماد E نشان می دهند و يکای آن در SI، نیوتن بر کولن (\(\frac{N}{C}\) ) است.
مثال
بر بار الکتریکی \(20\mu c\) در یک میدان نقطه از میدان بار q، نیروی \(50 \times {10^{ - 2}}N\) وارد می شود؛ اندازه میدان الکتریکی را در این نقطه محاسبه کنید.
\(\begin{array}{l}{q_0} = 20\mu c = 20 \times {10^{ - 6}}C\\F = 50 \times {10^{ - 2}}N\\E = ?\\E = \frac{F}{{{q_0}}} \to E = \frac{{50 \times {{10}^{ - 2}}}}{{20 \times {{10}^{ - 6}}}} \to E = 2/5 \times {10^4}\frac{N}{C}\end{array}\)
بنا بر قانون کولن نيروی F وارد بر اين بار برابر است با:
\(E = K\frac{{\left| q \right|}}{{{r^2}}}\)
مثال
اندازه و جهت میدان الکتریکی بار ذره \( - 2\mu c\) را در نقطه ای به فاصله \(3cm\) از بار را پیدا کنید.
\(\begin{array}{l}q = - 2\mu c = - 2 \times {10^{ - 6}}C\\r = 3cm = 3 \times {10^{ - 2}}m\\E = ?\\K = 9 \times {10^9}\frac{{N{m^2}}}{{{C^2}}}\\E = K\frac{{\left| q \right|}}{{{r^2}}} \to E = \frac{{9 \times {{10}^9} \times \left| { - 2 \times {{10}^{ - 6}}} \right|}}{{{{\left( {3 \times {{10}^{ - 2}}} \right)}^2}}}\\ \to E = \frac{{18 \times {{10}^{ + 3}}}}{{9 \times {{10}^{ - 4}}}} \to E = 2 \times {10^7}\frac{N}{C}\end{array}\)
1 اگر بار الکتریکی q در یک میدان الکتریکی E قرار گیرد، این میدان بر بار q نیروی \(F = q \times E\) را وارد می کند.
2 جهت نیروی F اگر موافق جهت میدان باشد، مثبت و اگر مخالف جهت میدان باشد، منفی است.
مولد وان دو گراف
دستگاهی است که بار الکتریکی روی کلاهک فلزی آن انباشته می شود. اگر یک جسم رسانا با کلاهک این دستگاه تماس پیدا کند دارای بار الکتریکی می شود.
این دستگاه دارای دو غلتک از جنس متفاوت است که توسط تسمه ای به حرکت در می آیند. با حرکت تسمه بار های الکتریکی به کلاهک منتقل می شوند. نوع بار الکتریکی بستگی به جنس غلتک ها دارد.
ميدان الکتريکی ناشی از چند بار الکتريکی در نقطه ای از فضا، برابر مجموع ميدان هايی است که هر بار در نبود ساير بارها در آن نقطه از فضا ايجاد می کند.
\(E = {E_1} + {E_2} + {E_3} + ...\)
گام های اساسی حل مسائل بر هم نهی ميدان الکتريکی
مثال
شکل زیر، آرایشی از دو بار الکتریکی هم اندازه و غیر همنام (دو قطبی الکتریکی) را نشان می دهد که در آن فاصله دو بار از هم \(6cm\) است. میدان الکتریکی خالص را در نقطه O به دست آورید.
(\(K = 9 \times {10^9}\frac{{N{m^2}}}{{{C^2}}}\) )
\(\begin{array}{l}{E_1} = \frac{{9 \times {{10}^9} \times \left| { - 2 \times {{10}^{ - 9}}} \right|}}{{{{\left( {3 \times {{10}^{ - 2}}} \right)}^2}}} = \frac{{18}}{{9 \times {{10}^{ - 4}}}} \to {E_1} = 2 \times {10^4}\frac{N}{C}\\{E_2} = \frac{{9 \times {{10}^9} \times 2 \times {{10}^{ - 9}}}}{{{{\left( {3 \times {{10}^{ - 2}}} \right)}^2}}} = \frac{{18}}{{9 \times {{10}^{ - 4}}}} \to {E_2} = 2 \times {10^4}\frac{N}{C}\\{E_T} = {E_1} + {E_2} \to {E_T} = 2 \times {10^4} + 2 \times {10^4} = 4 \times {10^4}\frac{N}{C}\end{array}\)
برای تجسم ميدان الکتريکی در فضای اطراف هر جسم بارداری از خط های ميدان الکتريکی استفاده می شود. ويژگی های اين خطوط عبارتند از:
1 ميدان بر سطح رسانا عمود است.
2 ميدان در داخل رسانا صفر است.
خطوط میدان الکتریکی اطراف بار مثبت
خطوط میدان الکتریکی اطراف بار مثبت و منفی
ميدان الکتريکی را يکنواخت می نامند، که در فضای بين دو صفحه ی رسانا و دور از لبه های صفحات، خطوط ميدان مستقيم، موازی و هم فاصله اند؛ يعنی بردار ميدان در تمام نقاط بين دو صفحه هم اندازه و هم جهت است.
اين آزمايش نشان می دهد که بار الکتريکي کميتی کوانتيده است (\(q = \pm ne\) ) .ميليکان بين دو صفحه فلزی موازی و افقی ميدان الکتريکی يکنواخت E را توسط يک منبع ولتاژ قابل تنظيم ايجاد کرد. او در مرکز ورقه ی بالايی چند سوراخ ريز ايجاد کرد که از طريق اين سوراخ ها، قطرات روغن حاصل از يک روغن پاش به ناحيه بين دو ورقه مي پاشيد. بيشتر اين قطره ها در اثر مالش با دهانه خروجی روغن پاش باردار می شدند. ميليکان با تغيير دادن ميدان الکتريکی بين صفحات و با در نظر گرفتن مقاومت هوا، نيروی الکتريکی وارد بر هر قطره را محاسبه کرد و از آنجا بار الکتريکی هر قطره را تعيين کرد.
در يک ميدان الکتريکی يکنواخت قائم، اگر صفحه پايينی منفی باشد بار منفی به حال تعادل درمی آيد و اگر صفحه پايينی مثبت باشد، بار مثبت به حال تعادل درمی آيد و شرط تعادل به صورت زير است.
\({F_E} = W \to Eq = mg\)
شتاب ذره ی باردار، با فرض ناچيز بودن نيروی گرانش از رابطه زير محاسبه می شود.
\(\alpha = \frac{F}{m} = \frac{{Eq}}{m}\)
