Füüsika 2 - Mere - teooria 1-15 (17)

YFR0012 Kordamis küsimused eksamiks
1. Mis on elektrilaeng ja millised tema 5 põhiomadust.
Elektrilaeng on mikroosakese fundamentaalne omadus nii nagu masski.
Elektrilaeng põhjustab teda ümbritsevas ruumis elektrivälja tekke, mida
on võimalik avastada teise elektrilaenguga.
Elektrilaengul on järgmised omadused.
1. Elektrilaenguid on kaks tüüpi: positiivne ja negatiivne
2. Eksisteerib vähim positiivne ja negatiivne laeng, mis on
absoluutväärtuselt täpselt võrdsed. Elementaarlaeng .
3. Elektrilaeng ei eksisteeri ilma laengukandjata.
4. Kehtib elektrilaengu jäävuse seadus: Isoleeritud süsteemis on
elektrilaengute algebraline summa jääv.
5. Elektrilaeng on relativistlikult invariantne. Ei sõltu taustsüsteemist.
2. Coulomb ’ seadus, joonis, valem, seletus.
See on elektrilise vastastikmõju põhiseadus nii nagu Newtoni seadused.
Samanimelised laengud tõukuvad. Erinimelised laengud tõmbuvad.
3. Elektrivälja tugevus. Valem, ühik, suund. Jõujoon. Superpositsiooniprintsiip elektriväja jaoks.
Kaasaegne ettekujutus väljast on: Vastastikmõju toimib läbi ruumis leviva
välja. Elektrostaatikas vaatleme statsionaarset välja.
Elektrivälja olemasolu selgub jõust, mis mõjub välja paigutatud laengule.
Samal ajal, selgub ka asjaolu, et välja paigutatud keha omab laengut.
Elektriväljatugevus on välja jõukarakteristik.
4. Punktlaengu elektrivälja tugevuse valemi tuletus lähtudes Coulomb’ seadusest.
5. Elektriväljatugevuse vektori voog. Joonis, valem.
6. Gauss ’i teoreemi tuletus.
Kui on suvaline pind, siis integraal.
Gauss’i teoreem määrab E vektori voo läbi suvalise kujuga kinnise pinna, mis ümbritseb laenguid. Vaatame ühte laengut, mille ümber kujutame kinnise pinna.
Korrastasime suvalise pinnatüki kerapinna osana , mis toetub ruuminurga elemendile dΩ. Leiame voo läbi kogu suletud pinna.
7. Lõpmatu laetud tasandi elektriväljatugevus.Joonis ja tuletus.
Lähtudes ühiklaengu käitumisest pinna juures ja sümmeetria
kaalutlustest , on elektriväljatugevuse vektor risti pinnaga.
Valime suletud pinna risttahukakujulise nii, et otspind on risti
elektriväljatugevuse vektoriga. Risttahuka sisse jääb osa tasandist ,
mille laeng on :
Voog läbi külgpinna on null, sest:
Järelikult koguvoog on ainult läbi kahe põhja S
Vastavalt Gauss’i teoreemile.
Elektriväljatugevus ei sõltu kaugusest lõpmatu laetud tasndi juures. See on homogeenne elektriväli. Iga reaalset pinda, ka kõverat, saab vaadelda homogeense välja allikana , kui vaatluspunkt valida piisaval kaugusel pinnast.
8. Kasutades joonist, tuletage seos elektriväljatugevuse ja potentsiaali vahel.
9. Elektridipool. Dipoolmoment . Elektridipooli käitumine homogeenses ja mittehomogeenses elektriväljas.
Dipooli enda elektriväli on suhteliselt kergesti kirjeldatav. Dipooli muutuv
elektriväli on ruumis leviva elektromagnetilise laine allikas. Dipoolina
käitub iga raadioantenn. Dipoolina käituv aatom on footoni generaator.
Vaatame homogeenset elektrivälja.
Tekib jõumoment, mis pöörab dipoolmomendi elektrivälja sihiliseks. Seejärel liikumine lakkab.
Mittehomogeenne väli. Oletame, et dipool on juba pöördunud
väljasihiliseks.
Seega dipoolile tervikuna mõjub jõud, mis on suunatud tugevama välja poole. Vastupidise gradiendiga väljas liiguks dipool samuti tugevama välja poole, seega vasakule. Niisiis neutraalne süsteem on võimeline mittehomogeenses väljas liikuma. Sellel põhineb elektroforees . Tähtis rakenduslik nähtus
geeniuuringutes ja muidu bioloogias ja keemias.
10. Mis on polarisatsioonivektor? Mis määrab summaarse väljatugevuse dielektrikus? Mis on dielektrilise läbitavuse füüsikaline sisu?
Elektrivälja paigutatud dielektrikus indutseeritakse läbi mitmesuguste mehanismide dipoolmoment. Seda nähtust nimetatakse dielektriku polarisatsiooniks.
Summaarne väljatugevus dielektrikus on:
Nn. lineaarsetes dielektrikes:
Dielektriline läbitavus oli. Järelikult:
11. Mis on elektrinihkevektor? Tema füüsikaline sisu ja kasulikkus.
Elektrivälja kirjeldamiseks dielektrikus tuuakse sisse nn. elektrinihke vektor, mis seob voo pidevuse mõistet kasutades välja dielektrikus ja vaakumis ning lihtsustab oluliselt väljade arvutamist.
Arvestades asjaolu, et elektrinihkevektor on seotav vabade laengute väljaga vaakumis saab õelda, et elektrinihkevektor aines kirjeldab samuti vabade laengute välja ruumis, kuid dielektrikut arvestades.
12. Tõestage, et juhis on elektriväljatugevus null.
Juhis on vabad laengukandajad ca 1024 1/cm3 ja nad võivad liikuda lõpmata väikeste väliste jõudude mõjul. Alati jätkub laenguid välise välja kompenseerimiseks nii, et juhi sees väljatugevus on null.
13. Lähtudes joonisest tõestage seos laengu pindtiheduste ja raadiuste vahel.
Vaatame kahte kerakujulist juhti, mis on ühendatud juhtmega. See tähendab, et ´kogu see süsteem on ühe potentsiaaliga. Anname süsteemile lisalaengu.
Lisalaeng:
14. Lähtudes joonisest tõestage seos elektriväljatugevuste ja raadiuste vahel.
Asendame laengu potentsiaalide avaldisesse.
15. Mis on üksiku juhi elektrimahtuvus . Ühik.
Kuid suhe q/ϕ ei sõltu kehast. See on keha elektrimahtuvus.