1. ელექტრული მუხტი და ატომის აგებულება
სხეულის **დაელექტროება** ნიშნავს მასში **ელექტრული მუხტის** არსებობას. ცნობილია ორი სახის მუხტი: **დადებითი** და **უარყოფითი**[cite: 7]. ერთნაირნიშნიანი მუხტები განიზიდავს, ხოლო სხვადასხვანნიშნიანი - მიიზიდავს[cite: 8].
ძირითადი ფაქტები და კანონები:
- **ელემენტარული მუხტი**: პროტონის (დადებითი) ან ელექტრონის (უარყოფითი) მუხტს ეწოდება[cite: 18]. მისი სიდიდეა $e = 1.6 \cdot 10^{-19}$ კულონი[cite: 17].
- **დისკრეტულობა**: მუხტის სიდიდე ყოველთვის არის ელექტრონის მუხტის ჯერადი, $q = \pm N \cdot e$[cite: 24].
- **მუხტის შენახვის კანონი**: ჩაკეტილ სისტემაში შემავალ მუხტების ალგებრული ჯამი მუდმივი სიდიდეა: $q_{1}+q_{2}+\dots+q_{n}=$ const[cite: 29, 30].
- **იონიზაცია**: თუ ნეიტრალური ატომი დაკარგავს ელექტრონს, ხდება დადებითი იონი (კათიონი); თუ მიიერთებს, ხდება უარყოფითი იონი (ანიონი)[cite: 20].
ურთიერთქმედების სიმულაცია
2. კულონის კანონი
კულონის კანონის თანახმად, ორ წერტილოვან მუხტს შორის ურთიერთქმედების ძალა პირდაპირპროპორციულია მუხტების სიდიდეების ნამრავლისა და უკუპროპორციულია მათ შორის მანძილის კვადრატისა[cite: 44].
კულონის კანონი დიელექტრიკში:
- $k$: პროპორციულობის კოეფიციენტი, $k \approx 9 \cdot 10^9 \frac{\text{N}\cdot\text{m}^2}{\text{C}^2}$[cite: 79].
- $\epsilon$: **ნივთიერების დიელექტრიკული შეღწევადობა**[cite: 62]. გვიჩვენებს, რამდენჯერ მცირდება ძალა მოცემულ გარემოში ვაკუუმთან შედარებით ($\epsilon=F_0/F$)[cite: 65].
- ვაკუუმისთვის $\epsilon=1$[cite: 66].
- $k$ კოეფიციენტი რაციონალური ფორმით: $k=\frac{1}{4\pi\epsilon_{0}}$[cite: 82].
ურთიერთქმედების ძალა (F)
0 N
სიმულაცია
ძალა უკუპროპორციულია მანძილის კვადრატის ($1/r^2$).
3. ელექტრული ველის დაძაბულობა ($\vec{E}$)
ეს არის ველის ძალური მახასიათებელი (ვექტორული). [cite_start]განისაზღვრება, როგორც ძალის ფარდობა მუხტთან[cite: 144].
ძალწირები
გამოდის [cite: 162]
ძალწირები
შედის [cite: 162]
პოტენციალი ($\varphi$) და ძაბვა ($U$)
ეს არის ველის ენერგეტიკული მახასიათებელი (სკალარული). [cite_start]პოტენციალი არის პოტენციური ენერგიის ფარდობა მუხტთან[cite: 178, 180]. [cite_start]ძაბვა არის პოტენციალთა სხვაობა ($U = \varphi_1 - \varphi_2$)[cite: 187].
მუხტის გადაადგილება მაღალი პოტენციალიდან დაბალზე, ველის მიერ მუშაობის შესრულების ტოლფასია[cite: 185].
გამტარები ელექტროსტატიკურ ველში:
[cite_start]წონასწორობის პირობები: გამტარის შიგნით ელექტრული ველი ნულია ($E=0$), ხოლო მთელი ზედაპირი ექვიპოტენციალურია ($\varphi=const$)[cite: 228, 229, 242].
3. ელექტრული ველის დაძაბულობა ($\vec{E}$)
დაძაბულობა არის ველის **ძალური მახასიათებელი** (ვექტორული)[cite: 108]. ეს არის ძალის ფარდობა მასში შეტანილ მუხტთან[cite: 105].
დაძაბულობის მიმართულება ემთხვევა **დადებით მუხტზე მოქმედი ძალის** მიმართულებას[cite: 109]. ველის ძალწირები გამოდის დადებითი მუხტიდან და შედის უარყოფით მუხტში[cite: 123].
[Image of electric field lines for a positive charge (outward) and a negative charge (inward)]პოტენციალი ($\varphi$) და ძაბვა ($U$)
პოტენციალი არის ველის **ენერგეტიკული მახასიათებელი**[cite: 143]. ეს არის მუხტის პოტენციური ენერგიის ფარდობა ამ მუხტთან[cite: 139].
- **ძაბვა ($U$)** არის ველის ორ წერტილს შორის პოტენციალთა სხვაობა[cite: 148].
- ის ტოლია მუშაობის ფარდობისა მუხტთან, რომელიც შესრულდა ამ მუხტის გადაადგილების დროს[cite: 152].
- SI სისტემაში ერთეულია **ვოლტი** ($1 \text{ ვ}=1 \text{ ჯ}/1 \text{ კ}$)[cite: 153].
4. სუპერპოზიციის პრინციპი
ველის დაძაბულობის დაჯამება
მუხტთა სისტემის მიერ შექმნილი ველის **დაძაბულობა** მოცემულ წერტილში, არის ცალკეული მუხტების მიერ შექმნილი ველის დაძაბულობების **გეომეტრიული ჯამის** ტოლი[cite: 126].
პოტენციალის დაჯამება
პოტენციალი, როგორც სკალარული სიდიდე, უბრალო ალგებრული ჯამით იკრიბება.
თუ ელექტროსტატიკურ ველს ქმნის $q_1$ და $q_2$ მუხტები, მათი ურთიერთქმედების პოტენციური ენერგიაა $W_{э}=k\frac{q_{1}q_{2}}{r}$[cite: 134].
5. ექვიპოტენციალური ზედაპირები და გამტარები
ექვიპოტენციალური ზედაპირები
**ექვიპოტენციალური** ეწოდება ზედაპირს, რომლის ყველა წერტილში ველის **პოტენციალი ერთნაირია** ($\varphi=const$)[cite: 163, 164].
- წერტილოვანი მუხტისთვის ექვიპოტენციალური ზედაპირები მუხტის ირგვლივ **კონცენტრირებული სფეროებია**[cite: 173].
- ამ ზედაპირზე მუხტის გადაადგილებისას **შესრულებული მუშაობა ნულის ტოლია** ($A=0$)[cite: 176].
- **ელექტრული ველის ძალწირები ექვიპოტენციალური ზედაპირის მართობულია**[cite: 177].
გამტარები ელექტროსტატიკურ ველში
გამტარებში არსებობს **თავისუფალი დამუხტული ნაწილაკები**[cite: 180], რომლებიც ველის მოქმედებით გადაადგილდებიან მანამ, სანამ **წონასწორობა** არ დამყარდება.
- წონასწორობისას, გამტარის შიგნით ველის დაძაბულობა **ნულის ტოლია** ($\vec{E}=0$)[cite: 189].
- გამტარის ზედაპირი არის **ექვიპოტენციალური ზედაპირი** ($\varphi=const$)[cite: 190].
- ველის დაძაბულობა გამტარის ზედაპირის **მართობულია**[cite: 204].
6. კონდენსატორი და ტევადობა
**კონდენსატორი** ეწოდება დიელექტრიკის ფენით გაყოფილ ორ გამტარს[cite: 216]. **ელექტროტევადობა** ($C$) გამოხატავს გამტარის მიერ მუხტების დაგროვების უნარს[cite: 208].
ტევადობის განსაზღვრა:
$$ C = \frac{q}{u} = \frac{q}{\varphi_1 - \varphi_2} \quad \text{[cite: 222]} $$ერთეულია **ფარადი** ($1\text{ფ}=1\text{კ}/1\text{ვ}$)[cite: 224].
ბრტყელი კონდენსატორის ტევადობა:
$$ C = \frac{\epsilon_0 \epsilon S}{d} \quad \text{[cite: 242]} $$ტევადობა პროპორციულია ფართობისა ($S$) და უკუპროპორციულია მანძილის ($d$)[cite: 245].
დამუხტული კონდენსატორის ენერგია ($W$):
ტევადობის სიმულაცია
7. კონდენსატორთა შეერთება
განვიხილოთ კონდენსატორების მიმდევრობითი და პარალელური შეერთების წესები[cite: 255].
მიმდევრობითი შეერთება
- კონდენსატორების მუხტები ტოლია: $q_{1}=q_{2}=\dots=q_{n}=q$[cite: 262].
- სრული ძაბვა ცალკეული ძაბვების ჯამის ტოლია: $U=U_{1}+U_{2}+\dots+U_{n}$[cite: 258].
- სრული ტევადობა ყოველთვის **მცირდება**.
პარალელური შეერთება
- ძაბვა ყველგან ტოლია: $U_{1}=U_{2}=\dots=U_{n}=U$[cite: 285].
- სრული მუხტი ცალკეული მუხტების ჯამის ტოლია: $q=q_{1}+q_{2}+\dots+q_{n}$[cite: 283].
- სრული ტევადობა **იკრიბება** (იზრდება).
გამოთვლის სიმულაცია (მიმდევრობითი vs. პარალელური)
სრული ტევადობა ($C_{eq}$)
5.00 µF
ისტორიული შენიშვნა:
კულონმა ურთიერთქმედების ძალა **გრეხითი სასწორის** გამოყენებით შეისწავლა 1785 წელს[cite: 38]. დაელექტროების მოვლენების შესწავლა ხდება **ელექტროსკოპის** ან **ელექტრომეტრის** საშუალებით[cite: 34].