Էլեկտրաստատիկա

Էկեկտրական Լիցք

Լիցքավորված մասնիկների էլեկտրամագնիսական փոխազդեցության ուժգնությունը կախված է այդ մասնիկների լիցքերից: Էլեկտրական լիցքը, զանգվածի նման, լիցքավորված մասնիկի հիմնական բնութագրերից է: Եթե մասնիկները լիցք չունեն, ինչպես օրինակ՝ նեյտրոնը, ֆոտոնը ապա էլեկտրամագնիսական ուժերով իրար հետ չեն փոխազդում: Այդպիսի մասնիկներն անվանում են էլեկտրաչեզոք: Այսպիսով՝ բնության մեջ կարող են գոյություն ունենալ մասնիկներ առանց լիցքի, բայց գոյություն չունի լիցք՝ առանց այն կրող մասնիկի:

Բոլոր մարմինները բաղկացած են մոլեկուլներից և ատոմներից, իսկ ատոմները՝ էլեկտրոններից և ատոմային միջուկներից: Ատոմն էլեկտրաչեզոք է, քանի որ նրա էլեկտրոնների գումարային բացասական լիցքը մոդուլով հավասար է միջուկի դրական լիցքին: Դա է պատճառը, որ սովորական վիճակում մարմիններն էլեկտրաչեզոք են: Սակայն եթե ատոմից պակասում է մեկ կամ մի քանի էլեկտրոն, ապա այդպիսի ատոմը ձեռք է բերում դրական լիցք և կոչվում է դրական իոն: Երբ ատոմն ունի մեկ կամ մի քանի հավելյալ էլեկտրոն, ապա ատոմի լիցքը բացասական է. այդպիսի ատոմն անվանում են բացասական իոն:               

                            

Կետային լիցք

Լիցքաորված  մարմինն անվանում են կետային լիցք, եթե տվյալ խնդրի պայմաններում այն կարելի է համարել նյութական կետ: Հասկանալի է, որ բնության մեջ կետային լիցքեր գոյություն չունե: Բայց եթե խնդրի պայմաններն այնպիսին են, որ լիցքավորված մարմինների ոչ չափերը, ոչ ձևն էական ազդեցություն չունեն նրանց փոխազդեցության վրա, ապա այդ մարմինները կարող են պատկերացնել որպես կետային լիցքեր: Կետային լիցք են, մասնավորապես, այն լիցքավորված գնդիկները, որոնք իրարից բավականաչափ հեռու են, այնպես որ նրանցից յուրաքանչյուրի տրամագիծը կարելի է անտեսել նրանց հեռավորության համեմատ: Հայտնի է նաև, որ էլեկտրական լիցքն ունի ընդհատ բնույթ. գոյություն ունի լիցքի նվազագույն քանակ, որն անվանում են տարրական լիցք: Տարրական լիցքը սովորաբար նշանակում են e=1.6*10^-19Կլ: Տարրական լիցք ունեն բոլոր լիցքավորված տարրական մասնիկները: Մասնավորապես պրոտոնի լիցքը՝ q_p=-e: Լիցքավորված մարմնի q լիցքը միշտ բամապատիկ է տարրական լիցքին՝ q=Ne կամ q=-Ne, որտեղ N-ը բնական թիվ է: Ամերիկացի գիտնական Բենջամին Ֆրսնկլինը հայտնաբերել է, որ ապակե ձողը մետաքսի կտորով շփելիս ձողին հայտնված դրական լիցքը ճշտորեն հավասար է մետաքսին անցած բացասական լիցքի մոդուլին: Դա նշանակում է՝ էլեկտրականացման ժամանակ շփվող մարմինների գումարային լիցքը նմում է նույնը: Լիցքի պահպանման օրենքը ճիշտ է բոլոր հաշվարկման համակարգում: Դա նշանակում է, որ լիցքավորված մասնիկների փակ համակարգի ընդհանուր լիցքը չի փոխվում այդ մասնիկների շարժման արագությունները փոփոխելիս:   

Կուլոնի Օրենք                                                                      

Երկու անշարժ կետային լիցքերի փոխազդեցության օրենքը, փորձերի հիման վրա, հայտնագործել է ֆրանսիացի ֆիզիկոս և ճարտարագետ Շառլ Կուլոնը 1785 թվականին: Այն էլեկտրաստատիկայի հիմնական օրենքն է՝ ֆիզիկոս կարևորագույն օրենքներից մեկը, և ի պատիվ նրա, կոչվել է Կուլոնի օրենք, իսկ անշարժ լիցքավորված մարմինների էլեկտրաստատիկ փոխազդեցության ուժերը՝ կուլոնյան ուժեր: Այն սարքը, որի օգնությամբ Կուլոնը հետազոտել է լիցքավորված գնդիկների էլեկտրական փոխազդեցությունը և չափել այդ փոխազդեցության ուժը, իր պատրաստած ոլորակշեռքն է : Ոլորակշեռքի հիմնական տարրը (1) մեկուսիչ լծակն է, որը մեջտեղից կախված է (2) ճկուն բարակ արծաթալարից: Լծակի մի ծայրին ամրացված է ոսկու բարակ շերտով պատված (3) գնդիկը, իսկ մյուս ծայրին՝ (4) հակակշիռ լծակը հորիզոնական դիրքում պահելու համար: Այս ամենը զետեղված է ապակե անոթում: Արծաթալարի վերին ծայրն ամրացված է (5) պտտվող ձողիկին, որի պտտման անկյունը կարելի է ճշտորեն չափել (6) աստիճանավորված սանդղակի միջոցով: Անոթում կա (3) գնդիկի չափի ևս մեկ հաղորդիչ գնդիկ (7), որը մեկուսիչով ձողով անշարժ ամրացված է ոլորակշեռքի կափարիչին: Ապակե անոթի պատին ամրացված (8) սանդղակի միջոցով որոշվում է 3) և (7) գնդիկների հեռավորությունը: Կուլոնը սկզբում նախ հետազոտել է (3) և (7) լիցքավորված գնդիկների փոխազդեցության ուժի կախումն այդ գնդիկների q₁ և q₂ լիցքերից՝ թողնված գնդիկների հեռավորությունն անփոփոխ:

Սահմանում

Երկու անշարժ կետային լիցքեր փոխազդում են այնպիսի ուժերով, որոնք ուղղված են լիցքերը միացնող ուղղի երկայնքով, և որոնց մոդուլն ուղիղ համեմատական է լիցքերի մոդուլների արտադրյալին և հակադարձ համեմատական՝ լիցքերի միջև հեռավորության քառակուսուն:

Էլեկտրաստատիկ Դաշտ

Յուրաքանչյուր լիցք իր էլեկտրամագնիսական դաշտի միջոցով  փոխազդում է այլ լիցքերի հետ: Երբ լիցքերն անշարժ են, այսինքն՝ նրանց փոխազդեցությունն էլեկտրաստատիկ բնույթի է, ապա այն էլեկտրամագնիսական դաշտը, որի միջոցով իրականացվում է այդ փոխազդեցությունը, անվանում են էլեկտրաստատիկ դաշտ: Կարելի է սահմանել նաև հետևյալ կերպով՝ Էլեկտրաստատիկ դաշտը էլեկտրամագնիսական դաշտի դրսևորումներից է, որ գոյություն ունի անշարժ լիցքերը շրջապատող տարաության մեջ, և անխզելիորեն կապված է այդ լիցքերին: Էլեկտրաստատիկ դաշտը ժամանակի ընթացքում չի փոփոխվում, եթե չեն փոփոխվում լիցքերը: Էլեկտրաստատիկ դաշտի հիմնական հատկությունն այն է, որ այն որոշակի ուժով ազդում է լիցքերի վրա: Այլ կերպ ասած՝ այդ դաշտի միջոցով են իրար հետ փոխազդում անշարժ լիցքերը: 

Էլեկտրաստատիկայի կարևորագույն խնդիրներից մեկն էլեկտրական դաշտում փորձնական լիցքի վրա ազդող ուժը որոշելն է, որի միջոցով հնարավոր է հաշվել նաև փորձնական լիցքի շարժման արագացումը, հետևաբար՝ նաև լուծել կամայական լիցքավորված կետային մարմնի շարժման խնդիրը: Եթե Էլեկտրական դաշտի նույն կետում հերթով տեղադրենք q₁,q₂,…,q_n փորձնական լիցքեր և ամեն անգամ որոշենք դրանց վրա ազդող F₁, F₂, …, F_n ուժերը, կհամոզվենք, որ բոլոր փորձնական լիցքերի համար ազդող ուժի և լիցքի հարաբերությունը կախված չէ լիցքից և տրված կետում հաստատուն մեծություն է 

Էլեկրտական Դաշտի Լավածություն                                                                       
Սահմանում՝ 
Էլեկտրական դաշտի լարվածություն են անվանում այն ֆիզիկական մեծությույնը, որը հավասար է դաշտի տվյալ կետում տեղադրված փորձնական լիցքի վրա ազդող ուժի և այդ լիցքի հարաբերությանը:

Էլեկտրական Դաշտի Ուժագծեր           

Էլեկտրական դաշտը «տեսանելի» դարձնելու նպատակով Ֆարադեյն առաջարկեց էլեկտրական դաշտի ներկայացման մեկ այլ՝ գրաֆիկական եղանակ: Նա դաշտը պատկերեց այսպես կոչված ուժագծերի օգնությամբ:                                           

Էլեկտրական դաշտի ուժագծեր կամ լարվածության գծեր են կոչվում այն անընդհատ գծերը, որոնց կամայական կետում դաշտի լարվածությունն   ուղղված է այդ կետով տարված շոշափողի երկայնքով:  

Ուժագծերին վերագրում են ուղղություն: Պայմանականորեն համարում են, որ էլեկտաժրաստատիկ դաշտի ուժագիծը սկիզբ է առնում դրական լիցքից և վերջանում բացասական լիցքի վրա: Միայն ուժագծի այդպիսի ուղղության դեպքում է, որ նրա կամայական A կետում Ē լարվածության ուղությունը համընկնում է այդ կետում տեղադրված դրական փորձնական լիցքի վրա ազդող ուժի ուղղությունը: (տես նկարը)

Նկարներում պատկերված են առանձնացված դրական և բացասական կետային լիցքեր:

Ուժագծերը պատկերացում են տալիս տարբեր կետերում լարվածության վեկտորի ոչ միայն ուղղության ժ, այլև մոդուլի մասին: Տարածության այն տիրույթներում, որտեղ ուժագծերն ավելի խիտ  են պատկերված, դաշտի Ē լարվածության մոդուլն ավելի մեծ է. վերջինիս համեմատական է ուժագծերի խտությանը: