Էլեկտրաստատիկ դաշտ

Անշարժ լիցքերի ստեղծած դաշտն անվանում են էլեկտրաստատիկ դաշտ։ Այն ժամանակի ընթացքում չի փոխվում։ Էլեկտրաստատիկ դաշտը ստեղծվում է միայն էլեկտրական լիցքերով։ Այն գոյություն ունի լիցքերը շրջապատող տարածության մեջ և նրանց հետ անբաժանելիորեն կապված է։ Էլեկտրաստատիկ դաշտի լարվածության գծերը փակ գծեր չեն, նրանք սկսվում են դրական լիցքերից և վերջանում բացասական լիցքերի վրա։ Ուժագծերը չեն կարող հատվել, քանի որ հատման կետում կստացվեր, որ լարվածության վեկտորն ունի երկու ուղղություն։ Ուժագծերի միջոցով կարելի է դատել լարվածության վեկտորի ոչ միայն ուղղության, այլև մեծության մասին։ ${\vec {E}}$ ունի մոդուլն ուղիղ համեմտական է տվյալ կետում ${\vec {E}}$- ին ուղղահայաց միավոր մակերևույթով անցնող ուժագծերի թվին, այսինքն ուժագծերի խտությանը։ Կետային լիցքի դաշտի ուժագծերն ինչպես նաև տարանուն լիցքավորված թիթեղների միջև համասեռ էլեկտրաստառտիկ դաշտի ուժագծերն ունեն հետևյալ տեսքը։

Հաղորդիչները էլեկտրաստատիկ դաշտում

Հաղորդիչներ կոչվում են այն նյութերը, որոնցում եղած ազատ լիցքակիրները ընդունակ են տեղաշարժվել ցանկացած չափով փոքր ուժի ազդեցության տակ և կատարել կարգավորված շարժում հաղորդչի ներսում։ Հաղորդիչների դասին են պատկանում մետաղները, որոնցում որպես ազատ լիցքեր հանդես են գալիս բյուրեղային ցանցը կազմող ատոմներից պոկված և ընդհանրացված էլեկտրոնները։ Երբ հաղորդիչը մտցվում է արտաքին էլեկտրական դաշտի մեջ կամ նրան հաղորդվում է որոշակի լիցք, հաղորդչի լիցկակիրների վրա ազդում են էլեկտրական ուժեր, ինչի արդյունքում նրանք սկսում են տեղաշարժվել։ Այդ տեղաշարժը շարունակվում է այնքան ժամանակ, մինչև չի հաստատվում լիցքերի հավասարակշված բաշխում։ Դա տեղի է ունենում շատ կարճ ժամանակամիջոցի ընթացքում։ Երբ հաղորդ- չում հաստատվում է հավասարակշռված վիճակ, ապա էլեկտրական դաշտը նրա- նում հավասարվում է զրոյի։ Իրոք, եթե դաշը հաղորդչի ներսում զրո չլիներ, ապա հաղորդչում կառաջանար լիցքերի ուղղորդված շարժում առանց արտաքին աղբյու- րի էներգիայի ծախսի, ինչը հակասում է էներգիայի պահպանման օրենքին։

Եզրակացություններ

Վերը նշվածից կարելի է հանգել հետևյալ եզրակացությունների.

1) Դաշտի լարվածությունը հաղորդչի ներսում ամենուրեք պետք է հավասար լինի զրոյի՜ E = 0 ։

2) Հաղորդչի ներսում բոլոր կետերում դաշտի պոտենցիալը պետք է լինի նույնը(ϕ = const), և, մասնավորապես, էլեկտրաստատիկ դաշտում հաղորդչի մակերևույթը պիտի լինի համապոտենցիալ։

3) Երկրորդ կետից հետևում է, որ դաշտի լարվածությունը հաղորդչի մակերևույթի վրա յուրաքանչյուր կետում պետք է ուղղված լինի մակերևույթի նորմալի ուղղությամբ, քանի որ դաշտի լարվածության գծերը պիտի լինեն ուղղահայաց համապոտենցիալներին։

4) Եթե հաղորդչին հաղորդել որոշակի լիցք, ապա չկոմպենսացված լիցքերը որևէ σ խտությամբ կբաշխվեն միայն հաղորդչի մակերևույթով։

Դիէլեկտրիկի մի մակերևույթի վրա ի հայտ են գալիս դրական, իսկ մյուսի վրա բացասական կապված լիցքեր։ Նույնը տեղի է ունենում ոչ բևեռային դիէլեկտրիկների հետ, որոնք արտաքին էլեկտրական դաշտում նույնպես բևեռանում են։ Սակայն մեխանիզմը այստեղ այլ է։ Դրական և բացասական լիցքերը տեղաշարժվում են դեպի հակադիր կողմեր և ոչ բևեռային մոլեկուլը դառնում է դիպոլ, որի առանցքն ուղղված է արտաքին էլեկտրական դաշտի ուղղությամբ։ Սնամեջ հաղորդչում ավելցուկային լիցքը բաշխվում է այնպես, ինչպես հոծ հաղորդչի վրա, այսինքն նրա արտաքին մակերևույթով։ Հավասաոակշռության վիճակում ավելցուկային լիցքերը խոռոչի ներքին մակերևույթի վրա չեն կարող դասավորվել։ Գտնենք լիցքավորված հաղորդչի մակերևույթի մոտակայքում էլեկտրական դաշտի E լարվածության և նրա մակերևույթի վրա եղած լիցքերի մակերևութոյին σ խտու- թյան միջև կապը։ Դրա համար կիրառենք Գաուսի թեորեմը մի ոչ մեծ գլանային մակերևույթի համար, որը կազմված է հաղորդչի մակերևույթին տարած նորմալնե- րով (համընկնում է D շեղման վեկտորի ուղղության հետ) և ΔS մեծության հիմքեր- ով, որոնցից մեկը դասավորված է հաղորդչի ներսում, իսկ մյուսը՝ նրանից դուրս (տես նկ.)։ Քանի որ հաղորդչի ներսում E = 0, հետևաբար, նաև - D ն զրո է, հոսքը գլանային մակերևույթի ներքին մասով հավասար է զրոյի։ Հաղորդչից դուրս՝ նրա անմիջական մոտակայքում դաշտի E լարվածությունն ուղղված է հաղորդչի մակերևույթի նորմալի ուղղությամբ։ Հետևաբար, գլանի դուրս ցցված կողմնայինքանի որ ${\vec {D}}$ ուղղահայաց է ${\vec {n}}$, հոսքը ևս հավասար է զրոյի։ Արտաքին հիմքի համար, քանի որ ${\vec {D}}$ || ${\vec {n}}$, հոսքը հավասար է DΔS (ենթադրվում է, որ արտաքին հիմքը շատ մոտ է դասավորված հաղորդչի մակե- րևույթին)։ Գլանի ներսում պարփակված լիցքերի քանակը հավասար է σΔS, և Գաուսի թեորեմի համաձայն DΔS =σΔS⇒D=σ։ Այսպիսով, էլեկտրաստատիկ դաշտի լարվածությունը հաղորդչի մակերևույթի մոտ որոշվում է լիցքերի մակերևույթային խտությամբ։ Կարելի է ցույց տալ, որ այս պնդումը ճիշտ է նաև կամայական ձևի հաղորդչի համար։

Աղբյուրներ

Cheng, David K. (1985). Field and Wave Electromagnetics