Электр өрісінің негізгі сипаттамалары

Күш тұрғысынан сипаттаушы шаманы электр өрісінің кернеулігі (Е) деп атайды, ол өpic нүктесіндегі зарядқа әсер етуші күштің (Ғ) заряд шамасына (q) қатынасымен анықталады:

Кернеулік - векторлық шама, оның бағыты нүктеге орналаскан оң зарядқа әсер ететін күш бағытымен сәйкес болады.

Егер электр өрісін бірнеше заряд жасайтын болса, онда нүктедегі кернеулік жеке зарядтардың сол нүктедегі кернеуліктерінің векторлық қосындысына тең болатыңдығын тәжірибелер дәлелеп беріп отыр. Тәжірибелерден алынған бүл қорытынды суперпозиция принципінің мазмұны болып табылады.

Өрісті энергетикалық тұрғыдан сипаттау үшін өpic потенциалы, өpic потенциалының айырмасы және кернеу үғымдары ендіріледі. Әдістемелік әдебиеттер мен оку әдебиеттерінде осы ұғымдардың бәрінің кажеттілігі, қайсысының негізгі ұғым екендігі, қандай реттілікпен оқыту керек екендігі жөнінде әр түрлі пікірлер айтылады және қолданылады. Мектеп бағдарламасында негізінен "потенциал - өpic потенциалы -кернеу" реттілігі қолданылып жүр.

Өрісті энергетикалық тұрғыдан сипаттау үшін нүктедегі өріс потенциалы ұғымы ендіріледі. Өріс потенциалы (φ) ретінде өрістің біз қарастырып отырған нүктесінен зарядты тандап алынған нүктеге (нөлдік нүкте) дейін алып барғанда өрістің жасайтын жұмысының (W) сол заряд шамасына (q) катынасы алынады:

φ = W/q. Нөлдік нүкте ретінде кез келген нүктені алуға болады, бірақ физикада ондай нүкте ретінде әдетте шексізде орналасқан нүкте алынады да, ал практикалық есептеулерде Жер бетіндегі нүкте алынады.

Өрістің кез келген екі нүктесі арасындагы потенциалдар айырмасы нөлдік нүктені тандауға байланыссыз, сондықтан оның белгілі физикалық мағынасы бар. ол - өріс зарядты бір нүктеден екінші нүктеге козғағанда жасалатын жүмыстың (А) сол заряд шамасына катынасымен анықталады, немесе .

Өріс потенциалы және потенциалдар айырмасы үғымдарын ендіру үшін электростатикалық өрістің потенциалдық сипатына айрықша тоқталу кажет болады.

Өрістің энергетикалық сипаттамаларьшың ішіндегі ең маңыздысы - кернеу ұғымы (U), өйткені 10- және 11-сыныптарда өтілетін тақырыптарда негізінен осы ұғым қолданылады. Дәлірек айтсақ, кернеу үғымы - потенциалдар айырмасы ұғымына қарағанда кеңірек ұғым. Ол қарастырылып отырған екі нүктенің арасындағы бірлік оң зарядка әсер етуші барлық күштердің жасайтын жүмысымен анықталады. Мысалы, зерттелетін электр өрісі ғана емес бөгде күш те әсер етуі мүмкін. Ондай жағдайда учаскенің үштарындағы кернеу потенциалдар айырмасы мен сол учаскедегі электр қозғаушы күш (е) қосындысымен аныкталады:

.

Егер тізбек учаскесінде ондай бөгде күш болмаса (ε =0), онда кернеу және потенциалдар айырмасы ұғымдары бір нәрсе болып калады.

Орта мектеп курсыңца өрістің бұл айтылған екі түрлі сипаттамаларының ара қатынасы да қарастырылады. Ең қарапайым электр өрісі болып табылатын бір текті электростатикалық өріс үшін , немесе формулалары алынады, мұндағы 1 - бір текті өріс жасаушы беттердің бір-бірінен кашықтығы. Осы формуланың көмегімен өріс кернеулігінің бірлігі (В/м) ендіріледі.