نیروی الکترواستاتیک

نیروی الکترواستاتیک

نیروی الکترواستاتیک به صورت حاصلضرب بار در میدان الکتریکی قابل بیان است. برای محاسبه نیروی الکترواستاتیک وارد بر هادی کامل باید توجه داشت که بارها روی سطح هادی قرار دارند و بنابراین باید انتگرال بار در میدان الکتریکی روی سطح هادی محاسبه شود. نکته مهم این است که میدان الکتریکی مرزی در داخل هادی صفر است و در بیرون هادی مقدار چگالی بار سطحی بر ضریب گذردهی را دارد. بنابراین در محاسبه نیرو متوسط میدان در داخل و بیرون هادی را به عنوان میدان الکتریکی در نظر می گیریم. در مورد عایق­­ها نیروی الکترواستاتیک را می توان با انتگرال روی نیروی وارد بر دوقطبی های درون عایق محاسبه کرد. نکته جالب توجه آنکه در میدان یکنواخت نیرویی بر عایق وارد نمی شود.

در برخی موارد محاسبه مستقیم نیروی الکترواستاتیک کار ساده ای نیست. بنابراین روش دیگری بدین منظور ارائه شده است که عبارتست از گرادیان انرژی (در حالت بار ثابت با علامت منفی و در حالت پتانسیل ثابت با علامت مثبت). یک مثال معمول نیروی وارد بر عایقی است که بخشی از آن درون خازن قرار گرفته است. تقریب معمول در خازن صفحه موازی آن است که میدانها را یکنواخت در نظر بگیریم. اما این تقریب سبب می شود که نیروی وارد بر عایق را صفر بدست آوریم. زیرا عامل اصلی نیروی وارد شده میدان های به اصطلاح fringing هستند که در تقریب مذکور در نظر گرفته نمی شوند. بنابراین در این مورد تنها راه حل ساده استفاده از رابطه گرادیان انرژی است که با وجود تقریب مذکور به نتایج درستی منجر می گردد.

توضیح مختصر فیلم

در این فیلم آموزشی نیروی الکترواستاتیک وارد بر هادیها و دی الکتریکها بیان می شود. همچنین نحوه محاسبه نیرو با گرادیان انرژی با حل یک مثال شرح داده می شود. در انتها نیز بدون اثبات روابط محاسبه نیرو برحسب گرادیان انرژی در دو حالت پتانسیل ثابت و بار ثابت بیان می شود.

[۱] D. J. Griffiths, introduction to electrodynamics

[۲] Cheng, David Keun. Field and wave electromagnetics. Vol. 2. New York: Addison-wesley, 1989.

دانلود جزوه

دانلود ویدئو

(۴۳۷۴)