|
الكتريسيته ساكن
بار الكتريكي :
سنگ بناي الكتريسيته بار الكتريكي است كه اساس پديده هاي الكتريكي به شمار مي رود. بار الكتريكي چنان بنيادي است كه توصيف آن به جز در زمينهي آثاري كه به وجود آن نسبت داده مي شود ، بسيار دشوار است. اين آثار فقط به صورت نيرو هاي بر هم كنش بروز مي كند. ممكن است بار خاصيت معيني از سرشت ذرات بنيادي باشد و بيرون از اين ذرات وجود نداشته باشد. با وجود اين ، دربارهي بار به گونهاي سخن خواهيم گفت كه گويي وجود مستقلي دارد.
پايستگي بار الكتريكي :
«« در يك سيستم منزوي ، مقدار كل بار الكتريكي ثابت مي ماند. ممكن است بار الكتريكي از جسمي به جسم ديگر منتقل شود ، مثلا در اثر تماس يا القا جسمي بار الكتريكي پيدا كند ، ولي مقدار كل بار اجسامي كه به هم مربوط هستند ، تغيير نمي كند. »»
بار پايه ( كوانتوم بار الكتريكي ) :
كمترين مقدار بار موجود در طبيعت را كوانتوم بار يا بار پايه مي گويند. كوانتوم بار منفي ، بار الكترون و كوانتوم بار مثبت ، بار پروتون است
(e ). بنابراين q = ± e ، + e بار پروتون است و - e بار الكترون و بار پايه را با نماد e نمايش مي دهند. ( e = 1.6 ´ 10 - 19 ) .
بار الكتريكي كميتي ناپيوسته يا كوانتيده است.
بار خالص : هر جسم از اتم هايي درست شده است كه داراي بار مثبت و منفي هستند. هنگامي كه از بار خالص صحبت مي شود ، منظور فزوني نوعي بار بر نوعي ديگر است. به اين مقدار اضافي بار ، بار خالص مي گويند.
الكتريسيته ساكن:
بخشي از الكتريسيته كه درآن بارهاي ساكن مورد مطالعه قرار مي گيرند ، الكتروستاتيك يا الكتريسيته ساكن ناميده مي شود.
يكاي بار الكتريكي :
واحد بار الكتريكي در SI كولن ( C ) است. يك كولن مقدار الكتريسيته اي است كه جرياني برابر 1 A در مدت 1s از مقطع معيني از مدار عبور مي دهد.
بار الكتريكي تعداد ( 6.25 ´ 10 18 ) الكترون يا پروتون برابر 1 C ( يك كولن ) است.
" تمرين 1 :
يك كولن معادل بار چند الكترون است ؟
قانون كولن :
نيروي ربايشي يا رانشي بين دو ذره باردار q 1 و q 2 كه در فاصله r از يكديگر قرار دارند ، با حاصلضرب بار دو ذره نسبت مستقيم و با مجذور فاصله دو ذره از يكديگر نسبت وارون دارد:
&نكته
نيروي الكتريكي بين دو بار الكتريكي غير هم نام ربايشي است.
نيروي الكتريكي بين دو بار الكتريكي هم نام رانشي است.
&نكته :
در شكل هاي فوق F 12 به معناي نيرويي است كه ذره اول به ذره دوم وارد مي كند و F 21 نيرويي است كه ذره دوم به ذره اول وارد مي كند.
&نكته :
نيروي الكتريكي دو ذره باردار به يكديگر ، هم اندازه و در جهت هاي مخالف يكديگرند ( قانون سوم نيوتن ).حتي اگر بارها هماندازه نباشند ، نيروها هماندازهاند.
رابطه قانون كولن :
قانون كولن را مي توان با رابطهی زير بيان كرد
&نكته :
1 / 4 p e 0 ضريب تناسب است كه در آن ضريب e 0 يك ثابت جهاني است و ضريب گذردهي الكتريكي خلاء نام دارد .
( e 0 = 8.85 ´ 10 - 12 C 2 / N.m2 )
براي سادگي در نوشتن همان طور كه در بالا ذكر شد قانون كولن را مي توان با رابطهي زير بيان كرد
&نكته :
به كمك قانون كولن ميتوان اندازه نيروي الكتريكي را كه دو ذره باردار به يكديگر وارد ميكنند محاسبهكرد. در محاسبه ها علامت مثبت يا منفي بارهاي الكتريكي را در رابطه وارد نمي كنيم و فقط ربايشي يا رانشي بودن نيروها را به كمك نوع بارها مشخص مي كنيم.
&نكته :
نيرويي كه دو ذره باردار به يك ديگر وارد مي كنند ، در امتداد خطي است كه آنها را به هم وصل مي كند.
" تمرين 2 :
دو ذره باردارC 3 m و8 m C در فاصله 30 سانتي متري از يك ديگر ثابت شده اند ، اندازه ي نيرويي كه دو ذره به يكديگر وارد مي كنند و نوع آن را مشخص كنيد.
" تمرين 3 :
دو بار الكتريكي q 1 و q 2 كه در فاصله r از يكديگر قرار دارند ، هر يك بر ديگري نيرويي برابرF وارد مي كند. اگرq 1 را دو برابر كنيم و q 2 را سه برابر كنيم و فاصله بين آنها را نصف كنيم ، نيرويي به اندازهF' بر يكديگر وارد مي كنند.= ? F' / F
&نكته :
اگر تعدادي ذره ي باردار در يك ناحيه از فضا قرار داشته باشند ، نيروي الكتريكي وارد بر هر ذره ، برآيند نيروهايي است كه هريك از ذره هاي ديگر در غياب ساير ذره ها بر ان ذره وارد مي كنند. به عبارت ديگر نيرويي را كه هر يك بر ديگري وارد مي كند ، بدون در نظر گرفتن بقيه بدست مي آوريم و در صورت لزوم برآيند نيروهاي وارد بر هر يك از بارها را محاسبه مي كنيم.
" تمرين 4 :
سه ذره باردار
q 1 = 5 m C , q 2 =-2 m C , q 3 = 8 m C
در نقطه هاي A و B و C ثابت شده اند ( مطابق شكل ) ، نيروي الكتريكي وارد بر q 3 را حساب كنيد
. ( AC = 6 cm , BC = 4 cm )
" تمرين 5 :
دو بار الكتريكي q 1 = 8 m C وq 2 = 2 m C به فاصله 60 سانتي متر از يكديگر قرار دارند. بار q3 = 5 m C را بايد در چه مكاني قرار داد تا برآيند نيروهاي وارد بر q3 صفر شود.
&نكته :
اگر بارهاي q 1 و q 2 هم نام باشند ، q3 هر علامتي داشته باشد ( چه مثبت ، چه منفي ) ، و هر مقداری داشته باشد بايد در نقطه روي خط واصل و بين q 1و q 2 قرار گيرد تا برآيند نيروهاي مورد نظر صفر شود. اين نقطه به بار كوچكتر نزديكتر است.
" تمرين 6 :
دو بار الكتريكي q 1 = -3 m C و q 2 = -27 m C در فاصله ي d =150 سانتي متر از هم قرار دارند. بار q 3 = 8 m C را كجا قرار دهيم تا برآيند نيروهاي وارد بر آن صفر شود؟
&نكته :
مي توان نشان داد در آزمايش فوق رابطههاي زیربرقرار است :
" تمرين7 :
تمرين 6 را با استفاده از رابطههاي فوق حل كنيد.
" تمرين 8 :
دو بار الكتريكي q 1 = 1 m C و q 2 = - 9 m C در فاصله ي d =3 m از هم قرار دارند. بار q 3 = 8 m C را كجا قرار دهيم تا برآيند نيروهاي وارد بر آن صفر شود؟
&نكته :
مي توان نشان داد در آزمايش فوق رابطههاي زیربرقرار است :
" تمرين 9 :
تمرين 8 را با استفاده از رابطههاي فوق حل كنيد .
" تمرين 10 :
سه ذره باردار
q 1 = 1 m C , q 2 = -2 m C , q 3 = 4 m C
در نقطه هاي A و B و C ثابت شده اند ( مطابق شكل ) ، برآيند
نيروهاي وارد بر بار q 2 را حساب كنيد .
( ( AC = 15 cm , BC = 30 cm
" تمرين 11 :
سه ذره باردار
q 1 = 2 m C , q 2 = - 4 m C , q 3 = 4 m C
در نقطه هاي A و B و C ثابت شده اند ( مطابق شكل ) ، برآيند نيروهاي وارد بر بار q 1 را حساب كنيد .
( ( AC = 20 Ö 3 cm , AB = 30 cm
" تمرين 12 :
سه ذرهي باردار
m C q A = - 2.5 و = 4 m C q B و q C = 0.8 m C
درسه راس مثلث متساويالاضلاعي به ضلع 6 cm ثابت شدهاند . نيروي الكتريكي وارد بر هر يك از بارها محاسبه كنيد .
" تمرين 13 :
چهار ذرهي باردار
m C q A = 4 و = -3 m C q B و q C = 12 m C و m C 5 q D = درچهار راس مربعي به ضلع 6 cm ثابت شدهاند . نيروي الكتريكي وارد بر بار q D را محاسبه كنيد .
" تمرين 14 :
بار نقطهاي q P = 4 m C در نقطهي متر P ( 0 , 2 ) و بار نقطهاي q N = 3m C در نقطهي متر N ( 2 , 0 ) قرار دارد مقدار نيرويي را كه بربار 5 mC واقع در مبدا مختصات وارد ميشود محاسبه كنيد .
" تمرين 15 :
چهار بار مشابه در گوشههاي يك مربع به ضلع a واقعاند نيروي وارد بر هر يك از آنها را محاسبه كنيد .
" تمرين 16 :
مجموع دو بار همنام كه در فاصلهي معيني قرار دارند برابر Q است و مقدار Q ثابت ميباشد . اگر بتوان از يكي از بارها كم كرد و به همان مقدار بر ديگري افزود ، در چه صورت نيروي رانشي كه بر يكديگر وارد ميكنند بيشينه است
" تمرين 17 :
در مربع شكل زير چه رابطهاي بين Q و q وجود داشته باشد ، تا برآيند نيروهاي الكتريكي وارد بر Q صفر شود
" تمرين 18 :
در مربع شكل ر وبرو اگر نيروي وارد از طرفq بربار q' برابر F باشد برآيند نيروهاي الكتريكي وارد بر q' چقدر است ؟
| 
