1. שדות חשמליים בהתפרצויות מרובות של הר הגעש סקוראגימה ביפן, נצפו מספר רב של התפרקויות חשמליות (ניצוצות) מלוות בגלי קול דמויי רעם. תופעה זו איננה תופעת ברקים ורעמים שבה מטען חשמלי של ענן מים מתפרק לאדמה. מה קורה לאזור מעל הלוע המתחשמל? האם ניתן לומר אם הניצוצות נעים מהלוע או כלפי הלוע?

2. כאשר שני מטענים נמצאים אחד בקרבת השני פועל ביניהם כוח. נבנה את המערכת בהדרגה. נביא את המטען הראשון, q 1 למקומו. שום כוח לא פועל עליו. אם נביא את המטען השני q 2 יפעל עליו כוח. איך יודע q 2 על נוכחות q 1 ? כלומר q 1 יצר משהו בסביבתו כך ש- q 2 הרגיש את הכוח שמפעיל q 1. q 1 יצר מסביבו שדה חשמלי. לשדה יש גודל וכיוון. הם תלויים במטען שיצר את השדה. q 2 מרגיש את השדה החשמלי ודרכו הוא יודע על קיומו של q 1. השדה החשמלי שמרגיש q 2 קובע את גודלו וכוונו של הכוח הפועל עליו. F + q2q2 q1q1 F + q1q1 + E

3. נקרב את q 1 אל q 2. הכוח הפועל על q 2 יגדל. האם המידע על קרובו של המטען הראשון מגיע למטען השני (דרך גידול הכוח הפועל עליו) מיד? השדה החשמלי השדה החשמלי אפשר למדוד את הטמפרטורה בכל נקודה בחדר. נקבל את התפלגות הטמפרטורות בחדר. זהו שדה הטמפרטורה. זהו שדה סקלרי כיון שלטמפרטורה יש רק גודל. בנהר בו זורמים מים אפשר למדוד את מהירות המים בכל נקודה. נקבל את שדה המהירויות שהוא שדה וקטורי. מתיאור השדה נוכל להבחין למשל היכן יש מערבולות. השדה הוא שדה וקטורי. גודלו וכיוונו מוגדרים בכל נקודה ונקודה. גם השדה החשמלי הוא שדה וקטורי ומוגדר בכל נקודה סביב מטען חשמלי. מדידתו נעשית בעזרת הכוח שהוא מפעיל על מטען הנמצא בו. התשובה שלילית. המידע מתפשט במהירות האור.

4. כדי למדוד את השדה החשמלי בנקודה מסוימת, מביאים לאותה נקודה מטען בוחן נקודתי חיובי q 0 ומודדים את הכוח F הפועל עליו. יחידות השדה החשמלי הם N/C. כיוון השדה הוא כיוון הכוח הפועל על מטען בוחן חיובי. אם מטען הבוחן הוא שלילי כיוון השדה הפוך לכיוון הכוח. השדה קיים ללא מטען הבוחן. מטען הבוחן מאפשר מדידת השדה. מטען הבוחן חייב להיות מספיק קטן כדי שלא ישפיע על התחלקות המטען של מקור השדה.

5. קווי שדה חשמלי קווי שדה חשמלי (קווי כוח) הוצעו ע"י פרדי לאפשר המחשה של שדות חשמליים. קווי השדה החשמלי הם בעלי התכונות: 1. בכל נקודה המשיק לקו השדה נותן את כיוון השדה החשמלי. 2. מספר קווי השדה החותכים יחידת שטח המאונכת להם פרופורציוני לגודל השדה. ככל שהקווים יותר צפופים, השדה יותר חזק. 3. קווי השדה החשמלי אינם יכולים להיחתך. 4. קווי השדה מתחילים ממטען חיובי ומסתיימים במטען שלילי. - + F

6. קווי שדה חשמלי של כדור טעון מטען שלילי הומוגני..הקווים ישרים וצפיפותם גדלה ככל שהם יותר קרובים למטען. כוונם הוא כלפי המטען השלילי כיון שזהו כיוון הכוח הפועל על מטען חיובי בתוך השדה.

7. לוח מישורי אינסופי טעון במטען חיובי צפיפות הקווים אחידה מראה שהשדה החשמלי אינו תלוי במרחק מהמשטח.

8. קווי שדה חשמלי של זוג מטענים חיוביים ושווים. קווי שדה חשמלי של זוג מטענים שווים, אחד שלילי והשני חיובי. זהו מומנט דיפולי חשמלי.

9. שדה חשמלי של מטען נקודתי מטען q יוצר שדה חשמלי סביבו. לחישוב השדה נכניס מטען בוחן q 0 במרחק r מהמטען q שיצר את השדה. הכוח הפועל בין שני המטענים יהיה השדה תלוי רק במרחק מהמטען וחייב לשמור על הסימטריה המרחבית של המערכת שהיא במקרה הזה כדורית. אם נקבל את הביטוי למעלה כהגדרה של השדה החשמלי נוכל להתעלם מבעית ההשפעה של מטען הבוחן

10. אם השדה נוצר ע"י מספר רב של מטענים עקרון הסופרפוזיציה מאפשר לחשב שדה של מטען בודד כאילו כל המטענים האחרים לא קיימים ואז לחבר חיבור וקטורי את כל השדות הללו. וכאשר מקור השדה הוא התחלקות רציפה של מטענים כאשר בחישוב האינטגרל חייבים להביא בחשבון את האופי הוקטורי של השדה

11. שלושה מטענים q 1 =2Q, q 2 =-2Q, q 3 =-4Q מסודרים במרחק d מראשית הצירים כמוראה בציור. מהו השדה החשמלי בראשית הצירים? הרכיב האנכי של E 1 +E 2 מבטל את הרכיב האנכי של E 3. הרכיבים האופקיים מתחברים.

12. שדה של דיפול חשמלי שני מטענים שווים ומנוגדים נמצאים במרחק d אחד מהשני.זהו מומנט דיפולי. מהו השדה החשמלי בנקודה P הנמצאת במרחק z ממרכז הדיפול. השדה החשמלי של שני המטענים הוא לאורך הציר זהו ערכו של השדה אבל אם רוצים לחשב אותו בנקודה הרחוקה מאוד מהדיפול, כלומר d<<z מפתחים את הביטוי בסוגריים לפי הבינום

13. הגודל qd הוא המומנט הדיפולי. הוא תלוי רק במכפלה של המטען והמרחק בין המטענים ולא בכל גורם בנפרד. השדה קטן לפי המרחק בחזקה שלישית ולא בריבוע כפי שהיינו מצפים. הסיבה לכך היא שהמטען הכללי הוא אפס ולכן בקרוב ראשון השדה הוא אפס. בגלל העובדה שהמטענים מופרדים זה מזה השדה איננו מתאפס לגמרי אלא יורד בקצב יותר מהיר משדה של מטען נקודתי. המומנט הדיפולי הוא וקטור וכיוונו מהמטען השלילי לחיובי.

14. שדה חשמלי של התחלקות מטען. אם המטען מחולק בצורה רציפה על גוף, הסכום הוקטורי של שדה חשמלי של מטענים נקודתיים אינו תקף. אם הגוף הוא חד מימדי אם הגוף הוא דו-מימדי

15. שדה חשמלי של התחלקות קווית של מטען עד עתה חישבנו שדה חשמלי של מספר מטענים קטן ע"י סיכום התרומות של המטענים הבודדים. כאשר המטען מחולק בצורה רציפה על גוף הסיכום של התרומות של המטענים הבודדים הופך לאינטגרל. נתונה טבעת דקה שרדיוסה R ועליה מחולק בצורה אחידה מטען q. מהו השדה החשמלי בנקודה P הנמצאת במרחק z ממישור הטבעת על ציר הסימטריה. צפיפות המטען האורכית λ (קולון למטר) של הטבעת תהיה את הטבעת מחלקים לאלמנטי מטען dq. כאשר ds הוא אורך הקשת שעליה נמצא המטען dq.

16. אלמנט המטען dq תורם תרומה לשדה החשמלי של אלמנט השדה יוצר זווית θ עם ציר הסימטריה. רכיבי dE המאונכים לציר הסימטריה מתבטלים בזוגות כיון שלכל dq יש בן זוג מצד שני של הטבעת. לכן בחישוב השדה יש צורך לסכם רק את הרכיבים לאורך ציר הסימטריה, כלומר את

17. במרחק רב מאוד מהטבעת, R<<z וניתן להזניח את R ביחס ל-z במרחק גדול מאוד ביחס לרדיוס הטבעת היא נראית כמו מטען נקודתי.

18. מוט פלסטי טעון במטען Q- המחולק עליו בצורה אחידה. המוט מכופף לקשת בת 120 מעלות שרדיוסה r. מהו השדה החשמלי במרכז המעגל שהקשת היא חלק ממנו. נחלק את מטען לאלמנטים של dq. השדה שלו הודות לסימטריה של התחלקות המטען, יש לשדה רק רכיב אופקי. הרכיב האנכי מתבטל כאשר מסכמים את התרומות מכל הקשת.

20. דיסקה טעונה דיסקה שרדיוסה R טעונה בצורה אחידה במטען Q. מהו השדה החשמלי בגובה z מעל מישור הדיסקה על ציר הסימטריה. את הדיסקה מחלקים לטבעות בעלות רדיוסr ועובי dr. צפיפות המטען השטחית (קולון למטר מרובע) על הטבעת תהיה המטען על טבעת השדה של טבעת ידוע ושווה ל-

21. אם R→∞ (הטבעת הופכת להיות מישור אין סופי) השדה קבוע ואינו תלוי במרחק מהמשטח האינסופי.

22. מטען בשדה חשמלי עד עתה טיפלנו במקור השדה. כעת נטפל בהשפעת השדה E על מטען q (שאיננו מקור השדה) הנמצא בו. כלומר למטען הנמצא בשדה חשמלי יש תאוצה והבעיה הופכת להיות בעיה בקינמטיקה. 1.המטען נכנס במהירות v 0 בכיוון השדה E v0v0 q

23. ברקי הר הגעש כאשר הר הגעש מתפרץ, הוא פולט אפר לאוויר. האפר נובע מכך שמים בהר הגעש הופכים פתאום לקיטור ע"י הלבה הרותחת. כתוצאה מכך הסלעים מתפוררים. תוצאה מכך נפרדים המטענים החיוביים והשליליים.באפר ובקיטור הנפלטים נמצאים כיסים של מטענים כאלו. ככל שמספר הכיסים גדל, השדה החשמלי בין הכיסים, ובין הכיסים והר הגעש גדל. כאשר הוא מגיע לערך של 3×10 6 N/C האוויר מתחיל להוליך חשמל כתוצאה מיוניזציה. מולקולות האוויר במסלולי המוליכות הרגעיים משחררים אלקטרונים המואצים ע"י השדה החשמלי. האלקטרונים מתנגשים במולקולות האוויר הפולטות אור.

24. הניצוצות מתפתלים הן כלפי מטה והן כלפי מעלה. ניתן להבחין בכיוון ההתפתלות לפי כיוון הפיצול.

25. דיפול בשדה חשמלי הטיפול בדיפול חשמלי איננו רק טיפול תיאורטי אלא מעשי. נתבונן במולקולה של מים, H 2 O. החמצן והמימנים אינם נמצאים בקו ישר אלא יוצרים זווית בת º105. למולקולה 10 אלקטרונים ו-10 פרוטונים. האלקטרונים נוטים להיות יותר קרובים לחמצן מאשר למימן. כתוצאה מכך החמצן קצת יותר שלילי מאשר המימן. התוצאה היא מומנט חשמלי דיפולי של המים. נתון דיפול חשמלי p בשדה חשמלי.Eהכוח הפועל על הדיפול מתאפס אבל לא המומנט. מרכז המסה נמצא בנקודה x בין המטענים ולכן:

26. כאשר הדיפול והשדה החשמלי מקבילים זה לזה הדיפול נמצא בשיווי משקל יציב. כלומר האנרגיה הפוטנציאלית מינימאלית. את נקודת הייחוס של האנרגיה הפוטנציאלית מגדירים כאשר המומנט הדיפולי נמצא במאונך לשדה החשמלי. את האנרגיה בכל מצב אחר נמצא ע"י חישוב העבודה להביא אותו למצב החדש. כאשר כיוון הסיבוב של הדיפול (כיוון השעון) מסמן כי

27. כאשר דיפול נמצא בזווית θ לשדה חשמלי אזי בקרוב ראשון הוא ינוע בתנועה הרמונית - + d l m1m1 m2m2 מרכז המסה הפתרון