Электростатикаға кіріспе. Электростатикалық өріс

Лекция №1. Электростатикаға кіріспе. Электростатикалық өріс.

1. Электр заряды. Нүктелік заряд ұғымы. Кулон заңы.
2. Электр өрісі. Электр өрісінің кернеулігі. Электр өрісінің суперпозиция принципі.
3. Электрлік диполь. Диполь өрісі. Нүктелік емес зарядталған денелердің электр өрісі.
4. Кернеулік векторының ағыны. Остроградский-Гаусс теоремасы. Остроградский-Гаусс теоремасын нақты есептерді шешуде қолдану.
5. Электростатикалық өрістегі зарядтың орын ауыстыру кезінде атқарылатын жұмыс. Электростатикалық өріс потенциалы.
6. Эквипотенциал беттер. Электр өрісі потенциалы мен кернеулігі арасындағы байланыс. Зарядталған сфералық беттің потенциалы.
7. Біртекті және біртекті емес электр өрісіндегі диполь.

1.1 Электр заряды. Нүктелік заряд ұғымы. Кулон заңы. Қарастырылып отырған инерциалды санақ жүйесіне салыстырғанда тыныштықта болатын электр зарядтары жүйесінің қасиеттері мен олардың өзара әсерлерін қарастыратын электрлік ілімнің бөлімі электростатика деп аталады.

Көптеген тәжірибелер көрсететіндей табиғатта электр зарядының екі тегі бар (француз ғалымы Дюфе тұжырымдаған болатын), оларды шартты түрде оң таңбалы және теріс таңбалы заряд деп атауды американдық ғалым Франклин ұсынған еді. XVII ғасырдың басында жүргізілген тәжірибелерге сүйене отырып, теріге үйкелген шыны таяқшаның зарядын оң таңбалы заряд, ал жүн матаға (жібек) үйкелген янтардың зарядын теріс таңбалы заряд деп алу келісілген. Кез келген зарядталған дене зарядының таңбасын «аттас зарядтар бір бірінен тебіледі, әр аттас зарядтар бір біріне тартылады» деген тұжырым негізінде анықтауға болады.

Барлық денелер атомдар мен молекулалардың бүтін санынан құралады. Тәжірибелер (Милликен тәжірибесі, Фарадейдің электролиз заңдары) электрленген дене заряды элементар зарядқа еселі болатындығын көрсетеді. Элементар заряд деп электр зарядының ең кіші орнықты мәнін айтады. Элементар зарядты «» әрпімен белгілейді, оның  сан мәні  Кл. Орнықты түрде ең кіші теріс таңбалы элементар зарядқа ие бөлшек электрон деп аталады, ал орнықты түрде ең кіші оң таңбалы элементар зарядқа ие бөлшек протон деп аталады. Атом ядросындағы заряды жоқ элементар бөлшек нейтрон деп аталады. [pic 1][pic 2]

Атом протондар мен нейтрондардан құралатын оң таңбалы зарядталған ядродан және оны айнала қозғалатын электрондар бұлтынан тұратындығын (Резерфорд тәжірибесінің нәтижесінде ұсынылған атомның планетарлық нұсқасы) ескерсек, қалыпты жағдайда оқшауланған бейтарап атомның оң (ядро) және теріс (эленктрондар бұлты) таңбалы зарядтары абсолют шама жағынан тең болатындығы түсінікті. Зат бойындағы оң және теріс зарядтардың шамасы тең болса, зат электрлік жағынан бейтарап (бейтарап атом) болып табылады, ағылшын физигі У.Гильберттің пайымдауынша заттарды бір біріне үйкегенде олар электрленеді, яғни бір заттан екінші затқа қарай электрондар алмасуы жүреді. Біршама электрондарды қосып алған зат (атом) шартты түрде теріс зарядталған, ал біршама электрондарынан айрылған зат (атом) шартты түрде оң зарядталған деп қабылданады. Егер бұл заттар (оқшау атом) оқшауланған жүйе құрайтын болса, өзара үйкелетін бір зат (атом) қанша электрон жоғалтса, екінші зат (атом) сонша электрон қосып алады, яғни жоғалтқан және қосып алған электрондар саны тең болады, жүйе ішінде болатын түрлі процестерге қарамастан жалпы зарядтардың алгебралық қосындысы өзгермейді, тұрақты болып қалады. Бұл зарядтың сақталу заңы болып табылады, оны ағылшын физигі М.Фарадей көптеген тәжірибелердің нәтижелерін қорытындылап, тағайындаған болатын. Зарядтың сақталу заңы былайша тұжырымдалады: Оқшауланған жүйеде зарядтардың алгебралық қосындысы өзгермейді, тұрақты болады.