Mavzu: Elektrostatik maydon. Kulon qonuni,elektr maydon energiyasi

Elektr maydonining kuch chiziqlari (kuch chiziqlari)- elektr maydonining grafik modeli, bu sizga maydonning kosmosda taqsimlanishini ko'rinadigan qilish imkonini beradi. Kuchlanish chiziqlari shunday shartli chiziqlar bo'lib, ularning har bir nuqtasida teginishlari elektr maydon kuchlari vektorining yo'nalishiga to'g'ri keladi.
Izoh. Elektr maydoni uchun chiziqlar musbat zaryadlardan boshlanadi va manfiy zaryadlarda tugaydi. Quvvat chiziqlari shunday tasvirlanganki, chiziq zichligi elektr maydon kuchining qiymatini tavsiflaydi.


- maydonlarning superpozitsiyasi printsipi
Maydonning ma'lum bir nuqtasida hosil bo'lgan kuch qayerda, alohida zaryadlarning elektr maydonlarining kuchli tomonlari bilan superpozitsiyasi (superpozitsiyasi) orqali olinadi.
ELEKTROSTATIKANING ASOSIY QONUNI
Elektr hodisalari asta-sekin izolyatsiya qilingan, qiziqarli tabiat hodisalarining asl xarakterini yo'qotdi va asta-sekin o'ziga xos birlikni shakllantirdi, mavjud nazariyalar uni bir nechta asosiy tamoyillar bilan qoplashga harakat qildi. O'tish vaqti keldi sifatli tadqiqot miqdoriyga.
Tadqiqotning bu yo'nalishi Peterburglik akademik F.Epinusning (1724-1802) 1859 yilgi ishida aniq ifodalangan.
Aepinus o'zining matematik mulohazalari asosida quyidagi tamoyillarni qo'yadi: har bir jism o'zining tabiiy holatida juda aniq miqdordagi elektr energiyasiga ega. Elektr suyuqligining zarralari o'zaro qaytariladi va oddiy moddalarga tortiladi. Elektr ta'siri tanadagi elektr suyuqlik miqdori tabiiy holatda bo'lishi kerak bo'lganidan ko'p yoki kamroq bo'lganda paydo bo'ladi.
Aepinus shunday taxmin qiladi: “... Men hali ham bu funktsional bog'liqliklarni aniqlashga jur'at eta olmayman. Biroq, agar turli funktsiyalar o'rtasida tanlov qilish kerak bo'lsa, men bu miqdorlar masofalarning kvadratlari bilan teskari o'zgarishini osongina da'vo qilardim. Buni qandaydir ishonchlilik bilan taxmin qilish mumkin, chunki, aftidan, boshqa tabiat hodisalari bilan o'xshashlik bunday qaramlik foydasiga gapiradi. Aepinusdan keyin Genri Kavendish (1731-1810) keldi, u 1771 yilgi maqolasida Aepinusning gipotezalarini bir o'zgarish bilan qabul qiladi: ikkita elektr zaryadining tortilishi ma'lum masofaga teskari proportsional deb taxmin qilinadi, hali aniqlanmagan.
Kavendish matematik fikrlashdan foydalanib, agar elektr zaryadlarining o'zaro ta'sir kuchi teskari kvadrat qonuniga bo'ysunsa, "deyarli barcha" elektr zaryadi o'tkazgichning eng yuzasida to'plangan degan xulosaga keladi. Shunday qilib, zaryadlarning o'zaro ta'siri qonunini o'rnatishning bilvosita usuli ko'rsatilgan.
"Qonunni o'rnatishdagi asosiy qiyinchilik elektr quvvati"Ponderomotor kuchlar elementar zaryadlar o'rtasida harakat qiluvchi kuchlar bilan mos keladigan eksperimental vaziyatni topish edi.
Balki bu muammoga toʻgʻri yondashishni birinchi navbatda ingliz tabiatshunosi J. Robison (1739–1805) topgandir.
Robison tomonidan qo‘llanilgan eksperimental usul o‘zaro ta’sir qiluvchi zaryadlar ular lokalizatsiya qilingan sharlarning o‘lchamlari sharlar markazlari orasidagi masofadan ancha kichik bo‘lganda ularni nuqta zaryadlari deb hisoblash mumkin degan fikrga asoslangan edi.
Ingliz o'lchovlarini o'tkazgan o'rnatish uning "Mexanik falsafa tizimi" fundamental asarida tasvirlangan. Asar uning vafotidan keyin, 1822 yilda nashr etilgan.
O'lchov xatolarini hisobga olgan holda, Robison shunday xulosaga keldi:
“Sferalar orasidagi harakat aynan proportsionaldir teskari kvadrat ularning markazlari orasidagi masofalar.
Biroq, elektrostatikaning asosiy qonuni Robison nomiga ega emas. Gap shundaki, olim faqat 1801 yilda olingan natijalar haqida xabar bergan va keyinroq batafsil bayon qilgan. O'sha paytda fransuz olimi Kulonning asarlari allaqachon keng tarqalgan edi.
Charlz Avgustin Kulon (1736–1806) Fransiyaning janubi-g‘arbiy qismidagi Anguleme shahrida tug‘ilgan. Charlz tug'ilgandan so'ng, oila Parijga ko'chib o'tdi.
Dastlab, bola Mazarin kolleji sifatida ham tanilgan To'rt millat kollejida o'qidi. Ko'p o'tmay, otasi bankrot bo'lib, oilasini Frantsiyaning janubidagi Monpelye shahrida qoldirdi. Ona va o'g'il o'rtasidagi mojaro Charlzning poytaxtni tark etib, otasiga ko'chib o'tishiga olib keldi.
1757 yil fevral oyida Monpelye Qirollik ilmiy jamiyatining yig'ilishida yosh matematika ishqibozi o'zining birinchi ilmiy asari - "O'rtacha proportsional egri chiziqlar bo'yicha geometrik insho" ni o'qidi. Keyinchalik Kulon jamiyat ishida faol ishtirok etdi va yana beshta xotirani taqdim etdi - ikkita matematika va uchta astronomiya.
1760 yil fevral oyida Charlz Mezier harbiy muhandislar maktabiga o'qishga kirdi. Keyingi yilning noyabr oyida Charlz maktabni tugatdi va Frantsiyaning g'arbiy qirg'og'idagi yirik portga - Brestga tayinlandi. Keyin u Martinikaga keldi. U erda o'tkazgan sakkiz yil davomida u bir necha bor og'ir kasal bo'lib qoldi, lekin har safar u o'z xizmat vazifalariga qaytdi. Bu kasalliklar e'tibordan chetda qolmadi. Frantsiyaga qaytib kelganidan keyin Kulonni butunlay sog'lom odam deb hisoblash mumkin emas edi.
Bu qiyinchiliklarga qaramay, Kulon o'z vazifalarini juda yaxshi bajardi. Uning Mont Garnier qal'asini qurishdagi muvaffaqiyati ko'tarilish bilan ajralib turdi: 1770 yil mart oyida u kapitan unvonini oldi - o'sha paytda buni juda tez ko'tarilish deb hisoblash mumkin edi. Ko'p o'tmay, Kulon yana og'ir kasal bo'lib qoldi va nihoyat, Frantsiyaga ko'chirish iltimosi bilan hisobot berdi.
Vataniga qaytgach, Kulon Bushenga tayinlandi. Bu erda u G'arbiy Hindistondagi xizmati paytida boshlangan o'qishni yakunlaydi. Birinchisida u tomonidan shakllantirilgan ko'plab g'oyalar ilmiy ish, hali ham materiallarning mustahkamligi bo'yicha mutaxassislar tomonidan asosiy hisoblanadi.
1774 yilda Kulon yirik Cherbourg portiga ko'chirildi va u erda 1777 yilgacha xizmat qildi. U erda Kulon bir qator istehkomlarni ta'mirlash bilan shug'ullangan. Bu ish ko'p vaqtni dam olishga qoldirdi va yosh olim o'z ishini davom ettirdi Ilmiy tadqiqot. O'sha paytda Coulombni qiziqtirgan asosiy mavzu aniq o'lchovlar uchun magnit ignalarni ishlab chiqarishning optimal usulini ishlab chiqish edi. magnit maydon Yer. Bu mavzu Parij Fanlar akademiyasi tomonidan e'lon qilingan tanlovda berilgan.
1777 yilda tanlovning ikkita g'olibi bir vaqtning o'zida e'lon qilindi - shved olimi van Shvinden, allaqachon tanlov uchun ish qo'ygan va Kulon. Ammo ilm-fan tarixi uchun Kulon xotirasining magnit ignalariga bag'ishlangan bobi emas, balki o'qlar osilgan iplarning mexanik xususiyatlari tahlil qilinadigan keyingi bob katta qiziqish uyg'otadi. Olim bir qator tajribalar o'tkazdi va buralish momentining deformatsiya kuchining ipning burilish burchagiga va uning parametrlariga: uzunlik va diametrga bog'liqligining umumiy tartibini o'rnatdi.
Ipak iplari va sochlarning burilishga nisbatan past egiluvchanligi elastik kuchlarning paydo bo'lish momentini e'tiborsiz qoldirishga va magnit igna egilish o'zgarishlariga to'liq mos keladi deb taxmin qilishga imkon berdi. Bu holat Coulomb uchun silindrsimon metall iplarning buralishini o'rganishga turtki bo'ldi. Uning tajribalari natijalari «Nazariy va eksperimental tadqiqotlar 1784 yilda tugallangan metall simlarning buralish kuchlari va elastikligi.
1777 yilgi tanlov uchun Coulomb tomonidan olib borilgan yupqa metall iplarning buralishini o'rganish muhim amaliy natijaga ega bo'ldi - buralish balansini yaratish. Ushbu asbob turli tabiatdagi kichik kuchlarni o'lchash uchun ishlatilishi mumkin edi va u 18-asrda misli ko'rilmagan sezgirlikni ta'minladi.
Eng aniq jismoniy qurilmani ishlab chiqqandan so'ng, Coulomb unga munosib dastur izlay boshladi. Olim elektr va magnitlanish muammolari ustida ish boshlaydi.
Kulonning elektr energiyasi sohasida erishgan eng muhim natijasi elektrostatikaning asosiy qonuni - harakatsiz nuqta zaryadlarining o'zaro ta'siri qonunining o'rnatilishi edi. Olim elektr tokining asosiy qonunini quyidagicha shakllantiradi:
"Bir xil tabiatdagi elektr toki bilan elektrlashtirilgan ikkita kichik to'pning itaruvchi kuchi to'plarning markazlari orasidagi masofaning kvadratiga teskari proportsionaldir".
Kulon o'xshash zaryadlarning itarilish kuchining masofaga bog'liqligini o'lchashdan boshladi va ko'plab tajribalar o'tkazdi. Olim uchta o'lchov natijalarini beradi, ularda zaryadlar orasidagi masofalar 36: 18: 172 va mos keladigan itaruvchi kuchlar - 36: 144: 5751, ya'ni kuchlar deyarli to'liq teskari proportsionaldir. masofalarning kvadratlari. Aslida, eksperimental ma'lumotlar nazariy qonundan biroz farq qiladi. Coulomb, hisob-kitobda qabul qilingan ba'zi soddalashtirishlarga qo'shimcha ravishda, kelishmovchilikning asosiy sabablarini eksperiment paytida elektr tokining oqib chiqishi deb hisoblaydi.
Jozibali kuchni o'lchash vazifasi ancha qiyin bo'lib chiqdi, chunki muvozanatning harakatlanuvchi to'pi qarama-qarshi belgining boshqa zaryadiga tegishining oldini olish juda qiyin. Shunga qaramay, Coulomb ko'pincha ikkita to'pning jozibali kuchi va o'ralgan ipning qarama-qarshi kuchi o'rtasidagi muvozanatga erishdi.