Электростатик майдонни ўрганиш

ЭЛЕКТРОСТАТИК МАЙДОННИ ЎРГАНИШ

Ишнинг мақсади: Электростатик майдон кўринишини бир хил потенциалли сиртлар ва куч чизиқлари ёрдамида тасвирлаш.


ИШ ТЎҒРИСИДА НАЗАРИЙ ТУШУНЧА
Электростатик майдон-материянинг махсус кўриниши ҳисобланиб, у қўзғолмас электр зарядлари ўзаро таъсирининг маҳсулидир. Зарядланган жисмлар атрофида электр майдоннинг мавжудлигини билиш учун уларнинг атрофига синаш заряди (зарядланган шарча) келтирилади. Зарядланган ҳар қандай жисм майдоннинг унга киритилган зарядга таъсирини куч ва энергия жиҳатидан миқдорий характеристикалари сифатида майдон кучланганлиги вектори Е ва потенциали  қабул қилинади.
Майдоннинг муайян бир нуқтасидаги кучланганлиги деб, нуқтавий зарядга майдон томонидан таъсир қилинган кучнинг шу заряд миқдорига нисбатини ифодаловчи вектор катталикка айтилади:
(1.1)
бу ерда, q₀ - мусбат синаш зарядининг миқдори.
Электр майдонни график тасвирлаш учун майдон куч чизиқлари тушунчаси киритилади. Куч чизиқлари деб шундай эгриларга айтиладики, уларнинг ҳар бир нуқтасида кучланганлик вектори шу нуқтага ўтказилган уринма бўйлаб йўналган бўлади.
Электр майдоннинг потенциали деб заряд потенциал энергиясининг шу заряд миқдорига нисбати билан ўлчанадиган катталикка айтилади:
(1.2)
бу ерда, W-электр майдонидаги заряднинг энергияси.
Одатда, зарядни майдон марказига яқинроқ бир нуқтадан марказдан узоқроқ иккинчи нуқтага кўчириш учун маълум миқдордаги элементар иш бажариш керак бўлиб, бу иш заряд потенциал энергиясининг камайиши ҳисобига бажарилади, яъни
(1.3)
ёки мантиқий ва миқдорий ўзгаришлардан сўнг
(1.4)
боғланишни оламиз.
Электростатик майдон потенциали нуқтадан нуқтага ўзгариб турувчи функциядир. Бироқ ҳар қандай реал ҳолда потенциаллари бир хил бўлган нуқталар тўпламини топиш мумкин. Тенг потенциалли нуқталарнинг геометрик ўрни эквюютенциал (бир хил потенциалли) сиртлар ёки изопотенциал (ўзгармас потенциалли) сиртлар деб аталади. Эквипотенциал сиртлар қуйидаги хоссаларга эга:
1. Эквипотенциал сиртлар бўйича зарядни кўчиришда бажарилган иш айний нолга тенг (1. 4);
2. Эквипотенциал сиртларга доимо майдон кучланганлиги чизиқлари перпендикуляр йўналган бўлади (1 а,б расм).
Умуман, электростатик майдон учун қуйидаги хоссалар ўринли:

1. 
   Электростатик майдондаги ўтказгичларнинг сирти доимо эквипотенциал сирт бўлади.
   

1-расм
2. Куч чизиқлари вектори майдон потенциалининг тезлик билан ўзгариш йўналишини кўрсатади.
3. Майдон кучланганлиги ҳамма вақт ва майдоннинг ҳар бир нуқтасида потенциалнинг камайиши томон йўналган бўлади, яъни:
1.5)
(1.5) дан кўринадики, бир жинсли электростатик майдон кучланганлиги Е, узунлик бирлигидаги потенциалнинг камайишини характерлайди. Электростатик майдон кучланганлигининг миқдори қанча катта бўлса, эквипотенциал сиртлар бир - бирига шунча яқин жойлашади.
Мазкур лаборатория ишининг вазифаси майдоннинг ҳар қандай нуқтасида майдон кучланганлигининг катталиги ва йўналишини аниқлашдан ( яъни куч чизиқларини чизишдан) иборат. Амалда, тузиш осонроқ бўлганлиги сабабли, аввал эквипотенциал сиртлар топилади, сўнгра уларнинг хоссаларига асосланиб куч чизиқлари чизилади.
Электростатик майдонда потенциалларнинг тақсимланишини ўрганиш учун зондлардан фойдаланилади. Зонд электр майдонига киритилганда иложи борича унга кам таъсир қилиши ва шу зонд қўйилган нуқтанинг ҳақиқий потенциалини ўлчаши керак. Майдонга таъсир қилмайдиган зонд, ўзининг атрофида ионлашган газ ҳосил қилувчи кичкина металл электроддан иборат бўлади. Бундай зондлардан бири алангали зонддир. Алангали зонд шиша найчадан қилинган газ горелкаси ва ингичка металл симдан иборат. Сим электрометрга уланиб, унинг учи эса аланга ичида бўлган ҳолда майдоннинг текширилаётган нуқтасига қўйилади. Газ алангасидаги ионлар ва электр майдони таъсирида зарядларнинг симга ўтиши ёки ундан чиқишини таъминлайди. Зарядларнинг кўчиши симдаги потенциал қиймати майдоннинг шу симнинг учи турган жойдаги потенциал қийматига тенглашгунча давом этади, бу вақтда сим уланган электрометрнинг кўрсатиши майдоннинг текширилаётган нуқтасидаги потенциалига ҳақиқатдан мос келади.
Зондлар билан ишлашдаги мураккабликлар ва умуман электростатик ўлчашдаги қийинчиликлар электростатик майдонни ўрганишни ўзгармас электр токи майдонини ўрганишга олиб келади. Бу усулни қўллаш, электролитлардаги кучсиз токларни Ом қонуни ёрдамида ҳисоблаш мумкинлигига асосланган. Бу ерда, j-ток зичлиги, унинг йўналиши-мусбат зарядларнинг ҳаракат йўналиши деб ҳисобланади. Шунинг учун ток майдони, электростатик майдон-куч чизиқлари билан характерланганлиги каби, ток зичлиги чизиқлари билан характерланади, мазкур чизиқлар эса устма-уст тушади. Бу эса, ўтказгичларнинг потенциали доимий сақланган ҳолда муҳит ва ўтказгичлар ўтказувчанлигининг ўзаро муносабати ўтказгичлар сиртларини эквипотенциал сиртлар деб ҳисоблашга имкон берган ҳоллардагина электростатик майдонни ўрганиш ўрнига ўзгармас токнинг майдонини ўрганиш мумкин эканлигини тасдиқлайди. Бу усул зонд сифатида металл электродлардан фойдаланишга имкон беради, чунки ўтказувчан муҳитда зонддан зарядларнинг кўчишига имкон туғилади ва зонд потенциали билан майдоннинг берилган нуқтасининг потенциали ўз-ўзидан тенглашиб қолади. Шуни ҳам назарда тутиш керакки, зонднинг электр занжири зонд киритилган нуқта билан унга энг яқин бўлган электрод орасидаги ўтказувчан муҳит қаршилигига нисбатан катта қаршиликка эга бўлиши керак.
Биз қуйида текисликдаги майдонни ўрганамиз, шунинг учун кучсиз электролит қуйилган тўғри бурчакли электролитик ванна (В) дан фойдаланамиз (2-расм). Ваннага 1 ва 2 электродлар туширилади, унинг бир
томони ванна тубига тегиб туради, иккинчи томони эса



2-расм.
ваннага қуйилган электролит сатҳидан чиқиб туради. Ишнинг электр схемасига яна (Z) зонд, (G) гальванометр, (V) вольтметр ва (R) кучланиш тақсимлагич (потенциометр) ҳам киради.