Էլեկտրաստատիկա

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից
Jump to navigation Jump to search

Էլեկտրաստատիկան էլեկտրականության ուսմունքի բաժին է, որն ուսումնասիրում է անշարժ էլեկտրական լիցքերի փոխազդեցությունը: Նույնանուն լիցքավորված մարմինների միջև առաջանում է էլեկտրաստատիկ վանում, իսկ տարանունների միջև`ձգում: Նույնանուն լիցքերի վանման երևույթը ընկած է էլեկտրոսկոպի ստեղծման հիմքում:

Էլեկտրաստատիկայի հիմքում ընկած է Կուլոնի օրենքը, որը բնութագրում է կետային էլեկտրական լիցքերի փոխազդեցությունը: Էլեկտրաստատիկայի համար հիմք են հանդիսացել Կուլոնի աշխատանքները (թեև դրանից 10 տարի առաջ նույնպիսի արդյունքներով և առավել մեծ ճշտությամբ գրանցել էր Կավենդիշը, որի աշխատանքները պահված էին ընտանեկան արխիվում և լույս տեսան 100 տարի անց): Կուլոնի կողմից հայտնաբերված էլեկտրական փոխազդեցությունների մասին օրենքը հնարավորություն տվեց Գրինին, Գաուսին և Պուասոնին ստեղծել մաթեմատիկական տեսանկյունից բավականին հարմար մի թեորեմ: Էլեկտրաստատիկայի էական բաղկացուցիչ մաս է կազմում Գրինի և Գաուսի կողմից ստեղծված պոտենցիալի մասին տեսությունը:

Ֆարադեյի փորձերը, որոնց կատարվել են դեռևս XIX դարի 30-ական թվերի I կեսին, պետք է իրենց հետ բերեին արմատական փոփոխություններ էլեկտրական երևույթների մասին ուսմունքի հիմնական դրույթներում: Այդ փորձերը ցույց տվեցին, որ մեկուսիչ նյութերը,որոնց Ֆարադեյը անվանել էր դիէլեկտրիկներ, որոշիչ դեր են խաղում բոլոր էլեկտրական գործընթացներում, մասնավորապես հաղորդիչների էլեկտրականացման գործընթացում: Պարզվեց, որ կոնդենսատորի երկու մակերևույթների միջև եղած մեկուսչի շերտի նյութը կարևոր դեր է խաղում կոնդենսատորի ունակության մեծությունը որոշելու համար: Որպես կոնդենսատորի մակերևույթների միջև մեկուսիչ շերտ օդի փոխարեն օգտագործենք հեղուկ կամ պինդ դիէլեկտրիկ, որոնք կազդեն կոնդենսատորի ունակության վրա այնպես, ինչպես եթե փոքրացվեր այդ մակերևույթների միջև հեռավորությունը` պահպանելով օդը որպես մեկուսիչ: Եթե փոխարինենք օդը հեղուկ կամ պինդ դիէլեկտրիկով, ապա կոնդենսատորի ունակությունը կմեծանա K անգամ: Այդ մեծությունը Ֆարադեյը անվանել է տվյալ դիէլեկտրիկի ինդուկտիվություն: Այսօր, K-ն անվանում են դիէլեկտրիկական թափանցելիություն:

Ունակության այսպիսի փոփոխություն տեղի է ունենում յուրաքանչյուր հաղորդիչ մարմնում, այդ մարմինը իդից տեղափոխվում է այլ մեկուսիչ միջավայր: Բայց մարմնի ունակության փոփոխությունը բերում է իր հետ տվյալ պոտենցիալի դեպքում մարմնում լիցքի մեծության փոփոխության: Դրա հետ միասին փոփոխվում է նաև մարմնի էլեկտրական էներգիան: Այսպիսով, այն մեկուսիչ միջավայրի նշանակությունը, որտեղ տեղադրված են էլեկտրականացվող մարմինները, շատ կարևոր է: Մեկուսիչ նյութը ոչ միայն պահում է էլեկտրական լիցքը մարմնի մակերևույթին, այլ նաև ազդում է վերջինիս էլեկտրական վիճակի վրա: Այս էր Ֆարադեյի բազմաթիվ փորձերի արդյունքը:

Կուլոնի հիպոթեզի համաձայն, մարմինների միջև էլեկտրական գործողությունները դիտարկվում են որպես հեռավորության վրա կատարվող գործողություններ: Ընդունված է, որ q և q' լիցքերը, որոնք գտնվում են իրարից r հեռավորության վրա, վանում կամ ձգում են միմյանց այդ կետերը միացնող ուղղի ուղղությամբ այնպիսի ուժով, որը որոշվում է հետևյալ բանաձևով:

Թվում էր,որ այն միջավայրի բնույթը, որում գտնվում են q և q' լիցքավորված երկու կետերը ոչ մի ազդեցություն չէր ունենա f մեծության վրա, սակայն Ֆարադեյը այլ կարծիքի էր: Նրա կարծիքով, էլեկտրականացված մարմինը միայն թվացյալ ձևով է ազդում նրանից որոշակի հեռավորության վրա գտնվող մարմնի վրա: Իրականում, էլեկտրանացված մարմինը ընդամենը հատուկ փոփոխություների է բերում իր հետ շոշափվող մեկուսիչ միջավայրում: Այսպիսով, էլեկտրական գործողությունները փոփոխվում են մեկուսիչ միջավայրի փոփոխական դեպքում, քանի որ այդ դեպքում կփոփոխվեն նաև այն դեֆորմացիաները, որոնք հավանաբար առաջանում են երկու էլեկտրականացված մասնիկների փոխազդեցության ժամանակ: Իզոտրոպ և համասեռ միջավայրի համար Կուլոնի օրենքը արտահայտվում է հետևյալ բանաձևով`

, որտեղ K-մեկուսիչ միջավայրի դիէլեկտրիկական հաստատունն է: K-ն օդի համար հավասար է մեկի: Ֆարադեյի հիմնական գաղափարի համաձայն, շրջապատող մեկուսիչ միջավայրի բևեռացումը, որը տեղի է ունենում գործընթացի ազդեցությամբ և որը բերում է մարմինը էլեկտրականացման վիճակի, իրենից ներկայացնում է դիտարկվող էլեկտրական գործողությունների պատճառը: Ըստ Ֆարադեյի, հաղորդիչների մակերևույթներին էլեկտրականացումը բևեռված միջավայրի ազդեցության հետևանքն է: Այդ ժամանակ մեկուսիչ միջավայրը գտնվում է լարված վիճակում: Որոշ տրիվիալ փորձերից ելնելով` Ֆարադեյը եկավ այն եզրակացության, որ որևէ միջավայրում էլեկտրական բևեռացման առաջացման ժամանակ, այդ միջավայրում պետք է գոյություն ունենան ուժագծեր և ճնշում, որը ուղղահայաց կլինի այդ ուժագծերին:

Ֆարադեյի ուսմունքը շատ ուշ ընդունվեց ֆիզիկոսների կողմից: Ավելի ուշ,երբ հայտնվեցին նաև Մաքսվելի աշխատանքները, Ֆարադեյի գաղափարները տարածում գտան գիտնականների շրջանում: