Էլեկտրաստատիկա

Էլեկտրաստատիկան էլեկտրականության ուսմունքի բաժին է, որն ուսումնասիրում է անշարժ էլեկտրական լիցքերի փոխազդեցությունը։ Նույնանուն լիցքավորված մարմինների միջև առաջանում է էլեկտրաստատիկ վանում, իսկ տարանունների միջև՝ ձգում։ Նույնանուն լիցքերի վանման երևույթը ընկած է էլեկտրոսկոպի ստեղծման հիմքում։

Էլեկտրաստատիկայի հիմքում ընկած է Կուլոնի օրենքը, որը բնութագրում է կետային էլեկտրական լիցքերի փոխազդեցությունը։ Էլեկտրաստատիկայի համար հիմք են հանդիսացել Կուլոնի աշխատանքները (թեև դրանից 10 տարի առաջ նույնպիսի արդյունքներով և առավել մեծ ճշտությամբ գրանցել էր Հենրի Կավենդիշը, որի աշխատանքները պահված էին ընտանեկան արխիվում և լույս տեսան 100 տարի անց)։ Կուլոնի կողմից հայտնաբերված էլեկտրական փոխազդեցությունների մասին օրենքը հնարավորություն տվեց Գրինին, Գաուսին և Պուասոնին ստեղծել մաթեմատիկական տեսանկյունից բավականին հարմար մի թեորեմ։ Էլեկտրաստատիկայի էական բաղկացուցիչ մաս է կազմում Գրինի և Գաուսի կողմից ստեղծված պոտենցիալի մասին տեսությունը։

Ֆարադեյի փորձերը, որոնք կատարվել են դեռևս 19-րդ դարի 30-ական թվերի առաջին կեսին, պետք է իրենց հետ բերեին արմատական փոփոխություններ էլեկտրական երևույթների մասին ուսմունքի հիմնական դրույթներում։ Այդ փորձերը ցույց տվեցին, որ մեկուսիչ նյութերը, որոնց Ֆարադեյը անվանել էր դիէլեկտրիկներ, որոշիչ դեր են խաղում բոլոր էլեկտրական գործընթացներում, մասնավորապես հաղորդիչների էլեկտրականացման գործընթացում։ Պարզվեց, որ կոնդենսատորի երկու մակերևույթների միջև եղած մեկուսչի շերտի նյութը կարևոր դեր է խաղում կոնդենսատորի ունակության մեծությունը որոշելու համար։ Որպես կոնդենսատորի մակերևույթների միջև մեկուսիչ շերտ օդի փոխարեն օգտագործենք հեղուկ կամ պինդ դիէլեկտրիկ, որոնք կազդեն կոնդենսատորի ունակության վրա այնպես, ինչպես եթե փոքրացվեր այդ մակերևույթների միջև հեռավորությունը՝ պահպանելով օդը որպես մեկուսիչ։ Եթե փոխարինենք օդը հեղուկ կամ պինդ դիէլեկտրիկով, ապա կոնդենսատորի ունակությունը կմեծանա K անգամ։ Այդ մեծությունը Ֆարադեյը անվանել է տվյալ դիէլեկտրիկի ինդուկտիվություն։ Այսօր, K-ն անվանում են դիէլեկտրիկական թափանցելիություն։

Ունակության այսպիսի փոփոխություն տեղի է ունենում յուրաքանչյուր հաղորդիչ մարմնում, այդ մարմինը իդից տեղափոխվում է այլ մեկուսիչ միջավայր։ Բայց մարմնի ունակության փոփոխությունը բերում է իր հետ տվյալ պոտենցիալի դեպքում մարմնում լիցքի մեծության փոփոխության։ Դրա հետ միասին փոփոխվում է նաև մարմնի էլեկտրական էներգիան։ Այսպիսով, այն մեկուսիչ միջավայրի նշանակությունը, որտեղ տեղադրված են էլեկտրականացվող մարմինները, շատ կարևոր է։ Մեկուսիչ նյութը ոչ միայն պահում է էլեկտրական լիցքը մարմնի մակերևույթին, այլ նաև ազդում է վերջինիս էլեկտրական վիճակի վրա։ Այս էր Ֆարադեյի բազմաթիվ փորձերի արդյունքը։

Կուլոնի հիպոթեզի համաձայն, մարմինների միջև էլեկտրական գործողությունները դիտարկվում են որպես հեռավորության վրա կատարվող գործողություններ։ Ընդունված է, որ q և q' լիցքերը, որոնք գտնվում են իրարից r հեռավորության վրա, վանում կամ ձգում են միմյանց այդ կետերը միացնող ուղղի ուղղությամբ այնպիսի ուժով, որը որոշվում է հետևյալ բանաձևով։

$f=C{\frac {qq'}{r^{2}}},$

Թվում էր, որ այն միջավայրի բնույթը, որում գտնվում են q և q' լիցքավորված երկու կետերը ոչ մի ազդեցություն չէր ունենա f մեծության վրա, սակայն Ֆարադեյը այլ կարծիքի էր։ Նրա կարծիքով, էլեկտրականացված մարմինը միայն թվացյալ ձևով է ազդում նրանից որոշակի հեռավորության վրա գտնվող մարմնի վրա։ Իրականում, էլեկտրանացված մարմինը ընդամենը հատուկ փոփոխություների է բերում իր հետ շոշափվող մեկուսիչ միջավայրում։ Այսպիսով, էլեկտրական գործողությունները փոփոխվում են մեկուսիչ միջավայրի փոփոխական դեպքում, քանի որ այդ դեպքում կփոփոխվեն նաև այն դեֆորմացիաները, որոնք հավանաբար առաջանում են երկու էլեկտրականացված մասնիկների փոխազդեցության ժամանակ։ Իզոտրոպ և համասեռ միջավայրի համար Կուլոնի օրենքը արտահայտվում է հետևյալ բանաձևով՝

$f=(C/K){\frac {qq'}{r^{2}}}.$ , որտեղ K-մեկուսիչ միջավայրի դիէլեկտրիկական հաստատունն է։ K-ն օդի համար հավասար է մեկի։ Ֆարադեյի հիմնական գաղափարի համաձայն, շրջապատող մեկուսիչ միջավայրի բևեռացումը, որը տեղի է ունենում գործընթացի ազդեցությամբ և որը բերում է մարմինը էլեկտրականացման վիճակի, իրենից ներկայացնում է դիտարկվող էլեկտրական գործողությունների պատճառը։ Ըստ Ֆարադեյի, հաղորդիչների մակերևույթներին էլեկտրականացումը բևեռված միջավայրի ազդեցության հետևանքն է։ Այդ ժամանակ մեկուսիչ միջավայրը գտնվում է լարված վիճակում։ Որոշ տրիվիալ փորձերից ելնելով՝ Ֆարադեյը եկավ այն եզրակացության, որ որևէ միջավայրում էլեկտրական բևեռացման առաջացման ժամանակ, այդ միջավայրում պետք է գոյություն ունենան ուժագծեր և ճնշում, որը ուղղահայաց կլինի այդ ուժագծերին։

Ֆարադեյի ուսմունքը շատ ուշ ընդունվեց ֆիզիկոսների կողմից։ Ավելի ուշ, երբ հայտնվեցին նաև Ջեյմս Մաքսվելի աշխատանքները, Ֆարադեյի գաղափարները տարածում գտան գիտնականների շրջանում։

Արտաքին հղումներ

• Ֆեյնմանի դասախոսություններ ֊ Էլեկտրաստատիկա

Այս հոդվածի կամ նրա բաժնի որոշակի հատվածի սկզբնական կամ ներկայիս տարբերակը վերցված է Քրիեյթիվ Քոմմոնս Նշում–Համանման տարածում 3.0 (Creative Commons BY-SA 3.0) ազատ թույլատրագրով թողարկված Հայկական սովետական հանրագիտարանից  (հ․ 4, էջ 24)։