منو
 کاربر Online
1994 کاربر online

ساختار میدان الکتریکی ساده

تازه کردن چاپ
علوم طبیعت > فیزیک > الکتریسیته و مغناطیس > الکتریسیته
(cached)




دید کلی:


میدان الکتریکی ایجاد شده توسط اجسام باردار با شکل های مختلف را می توان با قرار دادن کاوه الکتریکی در نقاط مختلف میدان بطور تجربی مطالعه نمود. برخی از ساختارهای ساده که هم شکل هندسی معینی و هم تقارن خاص از میدان الکتریکی را ایجاد می کنند را بررسی می کنیم.

کره باردار مجزا از اجسام دیگر:


اگر کره از اشیا دیگر جدا باشد (مثلا از اگر روی یک پایه عایق خوب گذاشته شود یا از نخ بلندی آویزان شود) و کاوه الکتریکی را در نقاط هم فاصله از مرکز کره جابه جا کنیم،الکترومتر همواره مقادیر یکسانی را برای اختلاف پتاسیل الکتریکی بدست می دهد. این به این معنا ست که در این حالت سطوح هم پتاسیل کره های هم مرکزند، و میدان الکتریکی حاصل از کره باردار فقط به فاصله از مرکز کره وابسته است « تقارن شعاعی میدان الکتریکی) اما باحرکت دادن کره در راستای شعاعی تغییر واضحی در پتاسیل مشاهده می شود، یعنی حرکت در امتداد خط میدان صورت می گیرد.

سطوح هم پتاسیل و خطوط میدان الکتریکی در اطراف کره باردار طوری آرایش یافته اند که خطوط میدان الکتریکی بر سطوح هم پتاسیل عمود است. باید توجه داشت که با نزدیک شدن به اشیای دیگر نظیر دیواره های اتاق سطوح هم پتاسیل شکل کروی خود را از دست می دهند و ساختار در همی پیدا می کنند. ولی با دور شدن از اشیا در نزدیکی کره ساختار سطوح هم پتاسیل و خطوط میدان الکتریکی برای کره و بار نقطه ای واقع در مرکز کره یکی است.

یک کره باردار مجزا از اشیا دیگر در فضای پیرامون همان میدانی را به وجود می آورد که اگر همه بار آن در مرکزش جمع می شد نیز همان میدان را ایجاد می کرد.

صفحات تخت موازی:


ساختار سطوح هم پتاسیل و خطوط میدان الکتریکی دو صفحه موازی تخت که بین این دو صفحه ، اختلاف پتاسیل معینی وجود دارد، کاملا در هم است. با وجود این بین صفحات سطوح هم پتاسیل با سطوح متوازی با صفحات فرقی وجود ندارد. در صورتی که خطوط میدان الکتریکی مستقیم بر صفحات عمودند.

معلوم شده است که اگر ابعاد صفحات در مقایسه با فاصله بین آنها بزرگ باشد، میدان الکتریکی بین صفحات (به استثنای نواحی نزدیک به کناره صفحات) یکنواخت می شود. یعنی میدان در نقاط مختلف بزرگی و راستای یکسانی دارد. چون شدت میدان الکتریکی با افت پتاسیل الکتریکی در واحد طول یک خط میدان برابر است.

بنابر این اگر فاصله بین صفحات را با d و اختلاف پتاسیل بینشان را با U نشان دهیم، شدت میدان الکتریکی در بین دو صفحه موازی عبارت خواهد بود با: E=U/d
از این ساختار جهت ایجاد میدانهای یکنواخت با خطوط نیروی الکتریکی موازی هم استفاده می شود. این ساختار همان ساختار یک خازن تخت می باشد.

استوانه های هم محور:


سطوح هم پتاسیل و خطوط میدان الکتریکی تولید شده بین دو استوانه هم محور در وسط (نه خیلی نزدیک به لبه های استوانه) دارای ساختار استوانه های هم محور است در حالیکه در بالا و پایین استوانه ها این پیکر بندی به توسط سطوح گنبدی شکل می گیرند.

با قطع سطوح هم پتاسیل با صفحه ای که از محور استوانه ها می گذرد، خطوطی به دست می آیند که به خطوط هم پتاسیل بین دو صفحه باردار شبیه هستند. در میان استوانه ها (دور از لبه ها) این خطوط به شکل مستقیم و موازی با محور استوانه ها هستند. اما خطوط هم پتاسیل در این حالت ، برخلاف سطوح هم پتاسیل در میدان الکتریکی یکنواخت هم فاصله نیستند. آنها حول استوانه داخلی متراکم ترند و با نزدیک شدن به استوانه بیرونی کم کم تراکمشان کاهش می یابد.

این امر نشان می دهد که میدان الکتریکی در راستای شعاعی غیر یکنواخت است. و در استوانه داخلی قویتر است. و با حرکت به سمت استوانه بیرونی به تدریج ضعیف می شود. در مقطع استوانه ها با صفحه عمود بر محورشان سطوح هم پتاسیل بصورت خطوط هم پتاسیل و به شکل دوایر هم مرکز در می آیند. خطوط میدان الکتریکی که به همه سطوح هم پتاسیل عمود هستند، خطوط مستقیمی هستند که در امتداد شعاع استوانه ها قراردارند.

به راحتی ملاحظه می شود که در سطح استوانه داخلی این خطوط بیشتر هستند. در صورتیکه در سطح استوانه بیرونی کمترین تراکم مشاهده می شود. این امر به این معنا ست که شدت میدان الکتریکی در استوانه داخلی به حداکثر مقدار خود می رسد، و با دور شدن از محور آن به تدریج کاهش می یابد. هرچه قطر استوانه داخلی در مقایسه با دایره بیرونی کوچکتر باشد، این نایکنواختی میدان الکتریکی بیشتر است. به این صورت که می توان میدان الکتریکی خیلی قوی در اطراف یک قطعه سیم نازک به وجود آورد.

همین اثر در نزدیکی اشیای نوک تیز نیز مشاهده می شود. اگر ابعاد و حتی شکل استوانه بیرونی را تغییر دهیم میدان در مجاورت رشته سیم به مقدار ناچیزی تغییر می کند. بویژه دیوارهای اتاق می توانند نقش استوانه بیرونی را داشته باشند. میدان الکتریکی در نزدیکی رشته سیم همان ساختار میدان الکتریکی استوانه های هم محور را دارد.

برای ایجاد میدانهای الکتریکی قوی در بعضی نواحی (مثلا شمارنده ها ی معروف ذرات باردار یابرخی ماشین های آشکار سازی ذرات) اغلب از رشته سیم و نقاط نوک تیز اشیا استفاده می کنند.

مباحث مرتبط با عنوان:




تعداد بازدید ها: 19157


ارسال توضیح جدید
الزامی
big grin confused جالب cry eek evil فریاد اخم خبر lol عصبانی mr green خنثی سوال razz redface rolleyes غمگین smile surprised twisted چشمک arrow



از پیوند [http://www.foo.com] یا [http://www.foo.com|شرح] برای پیوندها.
برچسب های HTML در داخل توضیحات مجاز نیستند و تمام نوشته ها ی بین علامت های > و < حذف خواهند شد..