5.S: Mashtaka ya umeme na Mashamba (muhtasari)

Masharti muhimu

kumshutumu kwa induction	mchakato ambao kitu cha kushtakiwa kwa umeme kilicholetwa karibu na kitu cha neutral kinajenga kujitenga kwa malipo katika kitu hicho
upitishaji elektroni	elektroni kwamba ni bure kwa hoja mbali na obiti yake atomiki
kondakta	vifaa vinavyowezesha elektroni kuhamia tofauti na njia zao za atomiki; kitu na mali ambazo zinaruhusu mashtaka kuhamia kwa uhuru ndani yake
usambazaji wa malipo ya kuendelea	jumla ya malipo chanzo linajumuisha idadi kubwa ya mashtaka ya msingi kwamba ni lazima kutibiwa kama kuendelea, badala ya kipekee
coulomb	SI kitengo cha malipo ya umeme
Coulomb nguvu	neno lingine kwa nguvu ya umeme
Sheria ya Coulomb	hisabati equation kuhesabu umeme nguvu vector kati ya chembe mbili kushtakiwa
dipole	mbili sawa na kinyume mashtaka ambayo ni fasta karibu na kila mmoja
wakati wa dipole	mali ya dipole; inaonyesha mchanganyiko wa umbali kati ya mashtaka kinyume, na ukubwa wa mashtaka
malipo ya umeme	mali ya kimwili ya kitu kinachosababisha kuvutia kuelekea au kupinduliwa kutoka kitu kingine cha kushtakiwa; kila kitu kilichopakiwa kinazalisha na kinaathiriwa na nguvu inayoitwa nguvu ya umeme
uwanja wa umeme	kimwili jambo lililoundwa na malipo; ni “transmits” nguvu kati ya mashtaka mawili
nguvu ya umeme	Noncontact nguvu aliona kati ya vitu umeme kushtakiwa
elektroni	chembe jirani kiini cha chembe na kubeba kitengo ndogo ya malipo hasi
mvuto wa umeme	uzushi wa vitu viwili na mashtaka kinyume kuvutia kila mmoja
nguvu ya umeme	kiasi na mwelekeo wa kivutio au repulsion kati ya miili miwili kushtakiwa; dhana ni kwamba mashtaka chanzo hawana kuongeza kasi
repulsion ya umeme	uzushi wa vitu viwili na mashtaka kama repelling kila mmoja
electrostatics	utafiti wa vitu kushtakiwa ambayo si katika mwendo
mstari wa shamba	laini, kwa kawaida ikiwa na mstari unaoonyesha mwelekeo wa uwanja wa umeme
wiani wa mstari wa shamba	idadi ya mistari ya shamba kwa kila mita ya mraba inayopita eneo la kufikiri; kusudi lake ni kuonyesha nguvu za shamba kwa pointi tofauti katika nafasi
ikiwa dipole	kawaida atomi, au molekuli ya uwiano wa spherically; dipole iliyoundwa kutokana na vikosi vya kinyume vinavyohamisha mashtaka mazuri na mabaya
waya usio sawa	waya moja kwa moja ambao urefu wake ni mkubwa, mkubwa zaidi kuliko vipimo vyake vingine, na pia mengi, zaidi kuliko umbali ambao shamba hilo linapaswa kuhesabiwa
kizio	vifaa kwamba ana elektroni salama ndani ya orbits yao atomiki
ioni	atomu au molekuli yenye elektroni zaidi au chache kuliko protoni
sheria ya uhifadhi wa malipo	malipo ya umeme ya mfumo wa kufungwa ni mara kwa mara
wiani wa malipo ya mstari	kiasi cha malipo katika kipengele cha usambazaji wa malipo ambayo ni kimsingi moja-dimensional (upana na urefu ni kiasi, ndogo sana kuliko urefu wake); vitengo vyake ni C/m
neutroni	neutral chembe katika kiini cha atomi, na (karibu) molekuli sawa na protoni
dipole ya kudumu	kawaida molekuli; dipole iliyoundwa na utaratibu wa chembe za kushtakiwa ambazo dipole huundwa
permittivity ya utupu	pia huitwa permittivity ya nafasi ya bure, na mara kwa mara kuelezea nguvu ya nguvu ya umeme katika utupu
ubaguzi	kidogo shifting ya mashtaka chanya na hasi kwa pande tofauti ya kitu
kanuni ya superposition	muhimu ukweli kwamba tunaweza tu kuongeza juu ya majeshi yote kutokana na mashtaka kaimu juu ya kitu
protoni	chembe katika kiini cha atomi na kubeba malipo mazuri sawa na ukubwa kwa kiasi cha malipo hasi yanayotokana na elektroni
umeme tuli	kujenga malipo ya umeme juu ya uso wa kitu; mpangilio wa malipo unabaki mara kwa mara (“static”)
superposition	dhana ambayo inasema kwamba uwanja wa umeme wa mashtaka mengi ya chanzo ni jumla ya vector ya shamba la malipo ya kila chanzo kilichohesabiwa moja kwa moja
wiani wa malipo ya uso	kiasi cha malipo katika kipengele cha usambazaji wa malipo ya pande mbili (unene ni mdogo); vitengo vyake ni\(\displaystyle C/m^2\)
wiani wa malipo ya kiasi	kiasi cha malipo katika kipengele cha usambazaji wa malipo ya tatu-dimensional; vitengo vyake ni\(\displaystyle C/m^3\)

Mlinganyo muhimu

Sheria ya Coulomb	\(\displaystyle \vec{F_{12}}(r)=\frac{1}{4πε_0}\frac{q_1q_2}{r^2_{12}}\hat{r_{12}}\)
Superposition ya vikosi vya umeme	\(\displaystyle \vec{F}(r)=\frac{1}{4πε_0}Q \sum_{i=1}^N\frac{q_i}{r^2_i}\hat{r_i}\)
Nguvu ya umeme kutokana na uwanja wa umeme	\(\displaystyle \vec{F}=Q\vec{E}\)
Umeme shamba katika hatua P	\(\displaystyle \vec{E}(P)≡\frac{1}{4πε_0}\sum_{i=1}^N\frac{q_i}{r^2_i}\hat{r_i}\)
Shamba la waya usio na kipimo	\(\displaystyle \vec{E}(z)=\frac{1}{4πε_0}\frac{2λ}{z}\hat{k}\)
Shamba la ndege isiyo na kipimo	\(\displaystyle \vec{E}=\frac{σ}{2ε_0}\hat{k}\)
Dipole wakati	\(\displaystyle \vec{p}≡q\vec{d}\)
Torque juu ya dipole katika nje E-shamba	\(\displaystyle \vec{τ}=\vec{p}×\vec{E}\)

Muhtasari

5.2 Malipo ya umeme

• Kuna aina mbili tu za malipo, ambazo tunaita chanya na hasi. Kama mashtaka yanarudisha, tofauti na mashtaka huvutia, na nguvu kati ya mashtaka hupungua kwa mraba wa umbali.
• Wengi wa malipo mazuri katika asili hufanywa na protoni, wakati idadi kubwa ya malipo hasi hutolewa na elektroni. Malipo ya umeme ya elektroni moja ni sawa na ukubwa na kinyume na ishara kwa malipo ya proton moja.
• Ioni ni atomi au molekuli ambayo ina chaji ya jumla isiyo na sifuri kutokana na kuwa na idadi isiyo sawa ya elektroni na protoni.
• Kitengo cha SI cha malipo ni coulomb (C), na protoni na elektroni zilizo na mashtaka ya ishara tofauti lakini ukubwa sawa; ukubwa wa malipo haya ya msingi ni\(\displaystyle e≡1.602×10^{−19}C\)
• Mashtaka yote mazuri na mabaya yanapo katika vitu vya neutral na yanaweza kutenganishwa kwa kuleta vitu viwili katika mawasiliano ya kimwili; kusugua vitu pamoja kunaweza kuondoa elektroni kutoka kwenye vifungo katika kitu kimoja na kuziweka kwenye kitu kingine, na kuongeza kujitenga kwa malipo.
• Kwa vitu vya macroscopic, kushtakiwa vibaya inamaanisha ziada ya elektroni na kushtakiwa vyema inamaanisha kupungua kwa elektroni.
• Sheria ya uhifadhi wa malipo inasema kwamba malipo ya wavu ya mfumo uliofungwa ni mara kwa mara.

5.3 Wafanyabiashara, Wahamiaji, na Kushtakiwa kwa

• Kondakta ni dutu ambayo inaruhusu malipo kuzunguka kwa uhuru kupitia muundo wake wa atomiki.
• Insulator ina malipo yaliyowekwa mahali.
• Polarization ni kujitenga kwa mashtaka mazuri na hasi katika kitu cha neutral. Vitu vyenye polarized vina mashtaka yao mazuri na mabaya yaliyojilimbikizia katika maeneo tofauti, kuwapa usambazaji wa malipo.

5.4 Sheria ya Coulomb

• Sheria ya Coulomb inatoa ukubwa wa nguvu kati ya mashtaka ya uhakika. Ni

\(\displaystyle \vec{F_{12}}(r)=\frac{1}{4πε_0}\frac{q_1q_2}{r^2_{12}}\hat{r}_{12}\)

wapi\(\displaystyle q_1\) na\(\displaystyle q_2\) ni mbili mashtaka uhakika kutengwa na r umbali. Nguvu hii ya Coulomb ni ya msingi sana, kwani mashtaka mengi yanatokana na chembe za uhakika. Ni wajibu wa madhara yote ya umeme na inasisitiza nguvu nyingi za macroscopic.

5.5 Umeme shamba

• Shamba la umeme ni mabadiliko ya nafasi inayosababishwa na kuwepo kwa malipo ya umeme. Shamba la umeme linapatanisha nguvu ya umeme kati ya malipo ya chanzo na malipo ya mtihani.
• Shamba la umeme, kama nguvu ya umeme, linatii kanuni ya superposition
• Shamba ni vector; kwa ufafanuzi, inaonyesha mbali na mashtaka mazuri na kuelekea mashtaka hasi.

5.6 Kuhesabu Mashamba ya Umeme ya Mgawanyiko wa

• Idadi kubwa sana ya mashtaka yanaweza kutibiwa kama usambazaji wa malipo ya kuendelea, ambapo hesabu ya shamba inahitaji ushirikiano. Matukio ya kawaida ni:
  • moja-dimensional (kama waya); hutumia wiani wa malipo ya mstari\(\displaystyle λ\)
  • mbili-dimensional (sahani ya chuma); hutumia wiani wa malipo ya uso\(\displaystyle σ\)
  • tatu-dimensional (uwanja wa chuma); hutumia wiani wa malipo\(\displaystyle ρ\)
• “Malipo ya chanzo” ni kiasi tofauti cha malipo dq. Kuhesabu dq inategemea aina ya usambazaji wa malipo ya chanzo:

\(\displaystyle dq=λdl;dq=σdA;dq=ρdV\).

• Ulinganifu wa usambazaji wa malipo ni kawaida muhimu.
• Matukio muhimu maalum ni uwanja wa waya “usio” na uwanja wa ndege “isiyo na mwisho”.

5.7 Mipangilio ya Umeme

• Michoro ya shamba la umeme husaidia katika kutazama uwanja wa malipo ya chanzo.
• Ukubwa wa shamba ni sawa na wiani wa mstari wa shamba.
• Vectors shamba ni kila mahali tangent kwa mistari shamba.

5.8 Dipoles za umeme

• Ikiwa dipole ya kudumu imewekwa kwenye uwanja wa nje wa umeme, husababisha wakati unaoifanya na shamba la nje.
• Ikiwa atomi isiyo na nonpolar (au molekuli) imewekwa kwenye uwanja wa nje, inapata dipole iliyoingizwa ambayo inaendana na shamba la nje.
• Shamba la wavu ni jumla ya vector ya shamba la nje pamoja na shamba la dipole (kimwili au ikiwa).
• Nguvu ya polarization inaelezwa na wakati wa dipole wa dipole,\(\displaystyle \vec{p}=q\vec{d}\).

Wachangiaji na Majina

Template:ContribOpenStaxUni