נתונה טבעת מעגלית , בעלת רדיוס ,a הטעונה באופן אחיד במטען חיובי .+Q מרכז הטבעת נמצאת בראשית הצירים . ציר הסימטריה של הטבעת הינו ציר.

Download Report

Transcript נתונה טבעת מעגלית , בעלת רדיוס ,a הטעונה באופן אחיד במטען חיובי .+Q מרכז הטבעת נמצאת בראשית הצירים . ציר הסימטריה של הטבעת הינו ציר.

Slide 1

‫נתונה טבעת מעגלית‪ ,‬בעלת רדיוס ‪ ,a‬הטעונה באופן‬
‫אחיד במטען חיובי ‪.+Q‬‬
‫מרכז הטבעת נמצאת בראשית הצירים‪.‬‬
‫ציר הסימטריה של הטבעת הינו ציר ‪.x‬‬
‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫יש לחשב את השדה החשמלי על ציר הסימטריה של‬
‫הטבעת כפונקציה של המרחק ‪ x‬ממרכז הטבעת‪.‬‬

‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫מאחר והטבעת היא לא מטען נקודתי‪ ,‬עלינו‬
‫לחלק את הטבעת ליחידות אורך קטנות מאוד‪,‬‬
‫כך שכל יחידה כזאת תחשב כמטען נקודתי‪.‬‬
‫המטען ‪ dq‬הנו‬
‫המטען ביחידת‬
‫האורך הקטנה‪.‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪Q‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫נפעיל את עיקרון הסופרפוזיציה‬
‫ונבדוק מהי תרומת השפעתו של כל אלמנט מטען ‪dq‬‬
‫על השדה במרחק ‪ x‬ממישור הטבעת‪.‬‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪d E e lc‬‬

‫עכשיו נתבונן על מטען נקודתי ‪ dq‬נוסף הנמצא בדיוק‬
‫מול המטען הראשון‪.‬‬
‫גם הוא משפיע על השדה בנקודה‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬

‫) ‪d E elc ( 2‬‬
‫‪x‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪dE elc (1‬‬

‫מאחר וגודל המטען שווה והמרחק מהנקודה שווה‪ ,‬נקבל‬
‫כי עוצמת השדה שווה מצד כל מטען‪ .‬לכן נקבל כי‬
‫בציר הניצב רכיבי השדה מתאפסים והשדה השקול‬
‫שנוצר מזוג המטענים הקטנים יהיה מכוון על ציר ‪x‬‬
‫לכיוון החיובי‪ ,‬כמתואר בתרשים‪.‬‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬

‫) ‪d E elc ( 2‬‬
‫‪x‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬
‫‪dE‬‬
‫‪ d E e lc 2  2  d E X‬‬
‫‪e lc 1‬‬
‫)‪dE elc (1‬‬

‫למעשה הטבעת מורכבת מאוסף זוגות של מטענים‬
‫נקודתים אשר כל זוג גורם לבטל את הרכיב הנציב‪.‬‬
‫בסופו של דבר יש לסכום את כל רכיבי השדות בציר ‪x‬‬

‫‪E total   dE X‬‬

‫‪x‬‬

‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫נחזור אל אותו מטען נקודתי ונמצא ביטוי לרכיב השדה‬
‫בציר ‪. X‬‬
‫‪d E e lc ( x )  d E e lc  co s ‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪dE elc‬‬

‫שדה שיוצר מטען נקודתי חיובי‬
d E e lc  K

dq
r

2

K

Q+ +

dq
x a
2

r 

2

x a
2

2

a
+


x

+

+

x

‫את קוסינוס הזווית נחשב מגיאומטריה‬
‫‪x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬

‫‪cos  ‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Q+ +‬‬

‫‪r ‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫נציב את הביטויים שקיבלנו ונמצא ביטוי לרכיב השדה‬
‫בכיוון ציר ‪ x‬שתורם אלמנט מטען אחד‪.‬‬
‫‪x‬‬

‫‪dq‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1 .5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪x‬‬

‫‪K‬‬
‫‪2‬‬

‫‪‬‬

‫‪x a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬

‫‪dq‬‬

‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫) ‪d E elc ( x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪d E e lc ( x )  K‬‬

‫עכשיו נסכום את כל רכיבי השדות‬
E total   dE elc ( x )   ( K

E total  K

x
(x  a )
2

2 1.5

dq
(x  a )
2

2 1.5

x)

dq

‫את כל הקבועים ניתן‬
‫להוציא כגורם משותף‬
Q

+
a +
+
+

E to ta l   d E e lc ( x )
x

E to ta l  K
E to ta l  K

Q

x
(x  a )
2

2 1 .5

dq

Qx

‫נשאר לסכום את‬
‫אלמנטי המטען‬
‫שסכומם נותן את‬
‫מטען הטבעת‬

(x  a )
2

+
a +
+
+

2 1 .5

E to ta l   d E e lc ( x )
x

‫קיבלנו ביטוי עבור השדה השקול שמפעילה טבעת על‬
‫ציר הסימטריה שלה‪ ,‬במרחק ‪ X‬ממישור הטבעת‪.‬‬
‫קשר זה נכון לכל ‪ , x‬חיובי או שלילי‬

‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫) ‪E to ta l   d E e lc ( x‬‬
‫‪x‬‬

‫‪2‬‬

‫‪+‬‬
‫‪a +‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪E total  K‬‬
‫‪Q‬‬

‫מתוך הקשר שקיבלנו אנו רואים שכאשר ‪x=0‬‬
‫מתקבל ‪E=0‬‬

‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪+‬‬
‫‪a +‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪Q‬‬

‫נשרטט גרף המתאר את תלות הכוח בהעתק מנש"מ‪.‬‬
‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪X‬‬

‫ניתן לראות שהפונקציה מקבלת ערך מכסימלי‪.‬‬
‫נגזור את הפונקציה כדי למצוא היכן מתקבל הכח המכסימלי‪.‬‬
‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪X‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

E K

Qx
(x  a )
2

2 1.5

Q  ( x  a )
2

E  K

2 1 .5

 x(x  a )
2

(x  a )
2

Q(x  a )
2

E  K

‫נגזרת של מנה‬

2

0 .5

2

3

(a  2 x )
2

(x  a )
2

2

2

3

2

0 .5

 3 x 

‫נשווה את הביטוי לאפס ונקבל היכן מקבלת‬
‫הפונקציה ערך מכסימלי‬
‫) ‪(a  2 x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪0‬‬

‫‪2‬‬

‫‪3‬‬

‫‪0 .5‬‬

‫) ‪Q(x  a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫) ‪(x  a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪a‬‬

‫‪2‬‬
‫‪2‬‬

‫‪‬‬

‫‪E  K‬‬
‫‪a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x ‬‬

E total  K

Qx
(x  a )
2

2 1.5

E total
x  

2

a

2
x 

2
2

a

X

‫כאשר ‪( x>>a‬אבל לא שואף לאינסוף)‪.‬‬
‫‪2‬‬

‫קיבלנו ביטוי המזכיר לנו‬
‫את השדה של מטען‬
‫נקודתי‪ ,‬כלומר במרחק‬
‫רב מהטבעת נוכל‬
‫להתייחס אליה כמטען‬
‫נקודתי "המרוכז"‬
‫במרכזה‪.‬‬

‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪Q‬‬
‫‪X‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Q‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Qx‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x a  x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪E x  a  K‬‬


Slide 2

‫נתונה טבעת מעגלית‪ ,‬בעלת רדיוס ‪ ,a‬הטעונה באופן‬
‫אחיד במטען חיובי ‪.+Q‬‬
‫מרכז הטבעת נמצאת בראשית הצירים‪.‬‬
‫ציר הסימטריה של הטבעת הינו ציר ‪.x‬‬
‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫יש לחשב את השדה החשמלי על ציר הסימטריה של‬
‫הטבעת כפונקציה של המרחק ‪ x‬ממרכז הטבעת‪.‬‬

‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫מאחר והטבעת היא לא מטען נקודתי‪ ,‬עלינו‬
‫לחלק את הטבעת ליחידות אורך קטנות מאוד‪,‬‬
‫כך שכל יחידה כזאת תחשב כמטען נקודתי‪.‬‬
‫המטען ‪ dq‬הנו‬
‫המטען ביחידת‬
‫האורך הקטנה‪.‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪Q‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫נפעיל את עיקרון הסופרפוזיציה‬
‫ונבדוק מהי תרומת השפעתו של כל אלמנט מטען ‪dq‬‬
‫על השדה במרחק ‪ x‬ממישור הטבעת‪.‬‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪d E e lc‬‬

‫עכשיו נתבונן על מטען נקודתי ‪ dq‬נוסף הנמצא בדיוק‬
‫מול המטען הראשון‪.‬‬
‫גם הוא משפיע על השדה בנקודה‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬

‫) ‪d E elc ( 2‬‬
‫‪x‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪dE elc (1‬‬

‫מאחר וגודל המטען שווה והמרחק מהנקודה שווה‪ ,‬נקבל‬
‫כי עוצמת השדה שווה מצד כל מטען‪ .‬לכן נקבל כי‬
‫בציר הניצב רכיבי השדה מתאפסים והשדה השקול‬
‫שנוצר מזוג המטענים הקטנים יהיה מכוון על ציר ‪x‬‬
‫לכיוון החיובי‪ ,‬כמתואר בתרשים‪.‬‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬

‫) ‪d E elc ( 2‬‬
‫‪x‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬
‫‪dE‬‬
‫‪ d E e lc 2  2  d E X‬‬
‫‪e lc 1‬‬
‫)‪dE elc (1‬‬

‫למעשה הטבעת מורכבת מאוסף זוגות של מטענים‬
‫נקודתים אשר כל זוג גורם לבטל את הרכיב הנציב‪.‬‬
‫בסופו של דבר יש לסכום את כל רכיבי השדות בציר ‪x‬‬

‫‪E total   dE X‬‬

‫‪x‬‬

‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫נחזור אל אותו מטען נקודתי ונמצא ביטוי לרכיב השדה‬
‫בציר ‪. X‬‬
‫‪d E e lc ( x )  d E e lc  co s ‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪dE elc‬‬

‫שדה שיוצר מטען נקודתי חיובי‬
d E e lc  K

dq
r

2

K

Q+ +

dq
x a
2

r 

2

x a
2

2

a
+


x

+

+

x

‫את קוסינוס הזווית נחשב מגיאומטריה‬
‫‪x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬

‫‪cos  ‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Q+ +‬‬

‫‪r ‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫נציב את הביטויים שקיבלנו ונמצא ביטוי לרכיב השדה‬
‫בכיוון ציר ‪ x‬שתורם אלמנט מטען אחד‪.‬‬
‫‪x‬‬

‫‪dq‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1 .5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪x‬‬

‫‪K‬‬
‫‪2‬‬

‫‪‬‬

‫‪x a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬

‫‪dq‬‬

‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫) ‪d E elc ( x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪d E e lc ( x )  K‬‬

‫עכשיו נסכום את כל רכיבי השדות‬
E total   dE elc ( x )   ( K

E total  K

x
(x  a )
2

2 1.5

dq
(x  a )
2

2 1.5

x)

dq

‫את כל הקבועים ניתן‬
‫להוציא כגורם משותף‬
Q

+
a +
+
+

E to ta l   d E e lc ( x )
x

E to ta l  K
E to ta l  K

Q

x
(x  a )
2

2 1 .5

dq

Qx

‫נשאר לסכום את‬
‫אלמנטי המטען‬
‫שסכומם נותן את‬
‫מטען הטבעת‬

(x  a )
2

+
a +
+
+

2 1 .5

E to ta l   d E e lc ( x )
x

‫קיבלנו ביטוי עבור השדה השקול שמפעילה טבעת על‬
‫ציר הסימטריה שלה‪ ,‬במרחק ‪ X‬ממישור הטבעת‪.‬‬
‫קשר זה נכון לכל ‪ , x‬חיובי או שלילי‬

‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫) ‪E to ta l   d E e lc ( x‬‬
‫‪x‬‬

‫‪2‬‬

‫‪+‬‬
‫‪a +‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪E total  K‬‬
‫‪Q‬‬

‫מתוך הקשר שקיבלנו אנו רואים שכאשר ‪x=0‬‬
‫מתקבל ‪E=0‬‬

‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪+‬‬
‫‪a +‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪Q‬‬

‫נשרטט גרף המתאר את תלות הכוח בהעתק מנש"מ‪.‬‬
‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪X‬‬

‫ניתן לראות שהפונקציה מקבלת ערך מכסימלי‪.‬‬
‫נגזור את הפונקציה כדי למצוא היכן מתקבל הכח המכסימלי‪.‬‬
‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪X‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

E K

Qx
(x  a )
2

2 1.5

Q  ( x  a )
2

E  K

2 1 .5

 x(x  a )
2

(x  a )
2

Q(x  a )
2

E  K

‫נגזרת של מנה‬

2

0 .5

2

3

(a  2 x )
2

(x  a )
2

2

2

3

2

0 .5

 3 x 

‫נשווה את הביטוי לאפס ונקבל היכן מקבלת‬
‫הפונקציה ערך מכסימלי‬
‫) ‪(a  2 x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪0‬‬

‫‪2‬‬

‫‪3‬‬

‫‪0 .5‬‬

‫) ‪Q(x  a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫) ‪(x  a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪a‬‬

‫‪2‬‬
‫‪2‬‬

‫‪‬‬

‫‪E  K‬‬
‫‪a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x ‬‬

E total  K

Qx
(x  a )
2

2 1.5

E total
x  

2

a

2
x 

2
2

a

X

‫כאשר ‪( x>>a‬אבל לא שואף לאינסוף)‪.‬‬
‫‪2‬‬

‫קיבלנו ביטוי המזכיר לנו‬
‫את השדה של מטען‬
‫נקודתי‪ ,‬כלומר במרחק‬
‫רב מהטבעת נוכל‬
‫להתייחס אליה כמטען‬
‫נקודתי "המרוכז"‬
‫במרכזה‪.‬‬

‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪Q‬‬
‫‪X‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Q‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Qx‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x a  x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪E x  a  K‬‬


Slide 3

‫נתונה טבעת מעגלית‪ ,‬בעלת רדיוס ‪ ,a‬הטעונה באופן‬
‫אחיד במטען חיובי ‪.+Q‬‬
‫מרכז הטבעת נמצאת בראשית הצירים‪.‬‬
‫ציר הסימטריה של הטבעת הינו ציר ‪.x‬‬
‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫יש לחשב את השדה החשמלי על ציר הסימטריה של‬
‫הטבעת כפונקציה של המרחק ‪ x‬ממרכז הטבעת‪.‬‬

‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫מאחר והטבעת היא לא מטען נקודתי‪ ,‬עלינו‬
‫לחלק את הטבעת ליחידות אורך קטנות מאוד‪,‬‬
‫כך שכל יחידה כזאת תחשב כמטען נקודתי‪.‬‬
‫המטען ‪ dq‬הנו‬
‫המטען ביחידת‬
‫האורך הקטנה‪.‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪Q‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫נפעיל את עיקרון הסופרפוזיציה‬
‫ונבדוק מהי תרומת השפעתו של כל אלמנט מטען ‪dq‬‬
‫על השדה במרחק ‪ x‬ממישור הטבעת‪.‬‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪d E e lc‬‬

‫עכשיו נתבונן על מטען נקודתי ‪ dq‬נוסף הנמצא בדיוק‬
‫מול המטען הראשון‪.‬‬
‫גם הוא משפיע על השדה בנקודה‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬

‫) ‪d E elc ( 2‬‬
‫‪x‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪dE elc (1‬‬

‫מאחר וגודל המטען שווה והמרחק מהנקודה שווה‪ ,‬נקבל‬
‫כי עוצמת השדה שווה מצד כל מטען‪ .‬לכן נקבל כי‬
‫בציר הניצב רכיבי השדה מתאפסים והשדה השקול‬
‫שנוצר מזוג המטענים הקטנים יהיה מכוון על ציר ‪x‬‬
‫לכיוון החיובי‪ ,‬כמתואר בתרשים‪.‬‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬

‫) ‪d E elc ( 2‬‬
‫‪x‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬
‫‪dE‬‬
‫‪ d E e lc 2  2  d E X‬‬
‫‪e lc 1‬‬
‫)‪dE elc (1‬‬

‫למעשה הטבעת מורכבת מאוסף זוגות של מטענים‬
‫נקודתים אשר כל זוג גורם לבטל את הרכיב הנציב‪.‬‬
‫בסופו של דבר יש לסכום את כל רכיבי השדות בציר ‪x‬‬

‫‪E total   dE X‬‬

‫‪x‬‬

‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫נחזור אל אותו מטען נקודתי ונמצא ביטוי לרכיב השדה‬
‫בציר ‪. X‬‬
‫‪d E e lc ( x )  d E e lc  co s ‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪dE elc‬‬

‫שדה שיוצר מטען נקודתי חיובי‬
d E e lc  K

dq
r

2

K

Q+ +

dq
x a
2

r 

2

x a
2

2

a
+


x

+

+

x

‫את קוסינוס הזווית נחשב מגיאומטריה‬
‫‪x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬

‫‪cos  ‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Q+ +‬‬

‫‪r ‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫נציב את הביטויים שקיבלנו ונמצא ביטוי לרכיב השדה‬
‫בכיוון ציר ‪ x‬שתורם אלמנט מטען אחד‪.‬‬
‫‪x‬‬

‫‪dq‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1 .5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪x‬‬

‫‪K‬‬
‫‪2‬‬

‫‪‬‬

‫‪x a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬

‫‪dq‬‬

‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫) ‪d E elc ( x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪d E e lc ( x )  K‬‬

‫עכשיו נסכום את כל רכיבי השדות‬
E total   dE elc ( x )   ( K

E total  K

x
(x  a )
2

2 1.5

dq
(x  a )
2

2 1.5

x)

dq

‫את כל הקבועים ניתן‬
‫להוציא כגורם משותף‬
Q

+
a +
+
+

E to ta l   d E e lc ( x )
x

E to ta l  K
E to ta l  K

Q

x
(x  a )
2

2 1 .5

dq

Qx

‫נשאר לסכום את‬
‫אלמנטי המטען‬
‫שסכומם נותן את‬
‫מטען הטבעת‬

(x  a )
2

+
a +
+
+

2 1 .5

E to ta l   d E e lc ( x )
x

‫קיבלנו ביטוי עבור השדה השקול שמפעילה טבעת על‬
‫ציר הסימטריה שלה‪ ,‬במרחק ‪ X‬ממישור הטבעת‪.‬‬
‫קשר זה נכון לכל ‪ , x‬חיובי או שלילי‬

‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫) ‪E to ta l   d E e lc ( x‬‬
‫‪x‬‬

‫‪2‬‬

‫‪+‬‬
‫‪a +‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪E total  K‬‬
‫‪Q‬‬

‫מתוך הקשר שקיבלנו אנו רואים שכאשר ‪x=0‬‬
‫מתקבל ‪E=0‬‬

‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪+‬‬
‫‪a +‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪Q‬‬

‫נשרטט גרף המתאר את תלות הכוח בהעתק מנש"מ‪.‬‬
‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪X‬‬

‫ניתן לראות שהפונקציה מקבלת ערך מכסימלי‪.‬‬
‫נגזור את הפונקציה כדי למצוא היכן מתקבל הכח המכסימלי‪.‬‬
‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪X‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

E K

Qx
(x  a )
2

2 1.5

Q  ( x  a )
2

E  K

2 1 .5

 x(x  a )
2

(x  a )
2

Q(x  a )
2

E  K

‫נגזרת של מנה‬

2

0 .5

2

3

(a  2 x )
2

(x  a )
2

2

2

3

2

0 .5

 3 x 

‫נשווה את הביטוי לאפס ונקבל היכן מקבלת‬
‫הפונקציה ערך מכסימלי‬
‫) ‪(a  2 x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪0‬‬

‫‪2‬‬

‫‪3‬‬

‫‪0 .5‬‬

‫) ‪Q(x  a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫) ‪(x  a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪a‬‬

‫‪2‬‬
‫‪2‬‬

‫‪‬‬

‫‪E  K‬‬
‫‪a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x ‬‬

E total  K

Qx
(x  a )
2

2 1.5

E total
x  

2

a

2
x 

2
2

a

X

‫כאשר ‪( x>>a‬אבל לא שואף לאינסוף)‪.‬‬
‫‪2‬‬

‫קיבלנו ביטוי המזכיר לנו‬
‫את השדה של מטען‬
‫נקודתי‪ ,‬כלומר במרחק‬
‫רב מהטבעת נוכל‬
‫להתייחס אליה כמטען‬
‫נקודתי "המרוכז"‬
‫במרכזה‪.‬‬

‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪Q‬‬
‫‪X‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Q‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Qx‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x a  x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪E x  a  K‬‬


Slide 4

‫נתונה טבעת מעגלית‪ ,‬בעלת רדיוס ‪ ,a‬הטעונה באופן‬
‫אחיד במטען חיובי ‪.+Q‬‬
‫מרכז הטבעת נמצאת בראשית הצירים‪.‬‬
‫ציר הסימטריה של הטבעת הינו ציר ‪.x‬‬
‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫יש לחשב את השדה החשמלי על ציר הסימטריה של‬
‫הטבעת כפונקציה של המרחק ‪ x‬ממרכז הטבעת‪.‬‬

‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫מאחר והטבעת היא לא מטען נקודתי‪ ,‬עלינו‬
‫לחלק את הטבעת ליחידות אורך קטנות מאוד‪,‬‬
‫כך שכל יחידה כזאת תחשב כמטען נקודתי‪.‬‬
‫המטען ‪ dq‬הנו‬
‫המטען ביחידת‬
‫האורך הקטנה‪.‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪Q‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫נפעיל את עיקרון הסופרפוזיציה‬
‫ונבדוק מהי תרומת השפעתו של כל אלמנט מטען ‪dq‬‬
‫על השדה במרחק ‪ x‬ממישור הטבעת‪.‬‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪d E e lc‬‬

‫עכשיו נתבונן על מטען נקודתי ‪ dq‬נוסף הנמצא בדיוק‬
‫מול המטען הראשון‪.‬‬
‫גם הוא משפיע על השדה בנקודה‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬

‫) ‪d E elc ( 2‬‬
‫‪x‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪dE elc (1‬‬

‫מאחר וגודל המטען שווה והמרחק מהנקודה שווה‪ ,‬נקבל‬
‫כי עוצמת השדה שווה מצד כל מטען‪ .‬לכן נקבל כי‬
‫בציר הניצב רכיבי השדה מתאפסים והשדה השקול‬
‫שנוצר מזוג המטענים הקטנים יהיה מכוון על ציר ‪x‬‬
‫לכיוון החיובי‪ ,‬כמתואר בתרשים‪.‬‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬

‫) ‪d E elc ( 2‬‬
‫‪x‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬
‫‪dE‬‬
‫‪ d E e lc 2  2  d E X‬‬
‫‪e lc 1‬‬
‫)‪dE elc (1‬‬

‫למעשה הטבעת מורכבת מאוסף זוגות של מטענים‬
‫נקודתים אשר כל זוג גורם לבטל את הרכיב הנציב‪.‬‬
‫בסופו של דבר יש לסכום את כל רכיבי השדות בציר ‪x‬‬

‫‪E total   dE X‬‬

‫‪x‬‬

‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫נחזור אל אותו מטען נקודתי ונמצא ביטוי לרכיב השדה‬
‫בציר ‪. X‬‬
‫‪d E e lc ( x )  d E e lc  co s ‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪dE elc‬‬

‫שדה שיוצר מטען נקודתי חיובי‬
d E e lc  K

dq
r

2

K

Q+ +

dq
x a
2

r 

2

x a
2

2

a
+


x

+

+

x

‫את קוסינוס הזווית נחשב מגיאומטריה‬
‫‪x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬

‫‪cos  ‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Q+ +‬‬

‫‪r ‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫נציב את הביטויים שקיבלנו ונמצא ביטוי לרכיב השדה‬
‫בכיוון ציר ‪ x‬שתורם אלמנט מטען אחד‪.‬‬
‫‪x‬‬

‫‪dq‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1 .5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪x‬‬

‫‪K‬‬
‫‪2‬‬

‫‪‬‬

‫‪x a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬

‫‪dq‬‬

‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫) ‪d E elc ( x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪d E e lc ( x )  K‬‬

‫עכשיו נסכום את כל רכיבי השדות‬
E total   dE elc ( x )   ( K

E total  K

x
(x  a )
2

2 1.5

dq
(x  a )
2

2 1.5

x)

dq

‫את כל הקבועים ניתן‬
‫להוציא כגורם משותף‬
Q

+
a +
+
+

E to ta l   d E e lc ( x )
x

E to ta l  K
E to ta l  K

Q

x
(x  a )
2

2 1 .5

dq

Qx

‫נשאר לסכום את‬
‫אלמנטי המטען‬
‫שסכומם נותן את‬
‫מטען הטבעת‬

(x  a )
2

+
a +
+
+

2 1 .5

E to ta l   d E e lc ( x )
x

‫קיבלנו ביטוי עבור השדה השקול שמפעילה טבעת על‬
‫ציר הסימטריה שלה‪ ,‬במרחק ‪ X‬ממישור הטבעת‪.‬‬
‫קשר זה נכון לכל ‪ , x‬חיובי או שלילי‬

‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫) ‪E to ta l   d E e lc ( x‬‬
‫‪x‬‬

‫‪2‬‬

‫‪+‬‬
‫‪a +‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪E total  K‬‬
‫‪Q‬‬

‫מתוך הקשר שקיבלנו אנו רואים שכאשר ‪x=0‬‬
‫מתקבל ‪E=0‬‬

‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪+‬‬
‫‪a +‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪Q‬‬

‫נשרטט גרף המתאר את תלות הכוח בהעתק מנש"מ‪.‬‬
‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪X‬‬

‫ניתן לראות שהפונקציה מקבלת ערך מכסימלי‪.‬‬
‫נגזור את הפונקציה כדי למצוא היכן מתקבל הכח המכסימלי‪.‬‬
‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪X‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

E K

Qx
(x  a )
2

2 1.5

Q  ( x  a )
2

E  K

2 1 .5

 x(x  a )
2

(x  a )
2

Q(x  a )
2

E  K

‫נגזרת של מנה‬

2

0 .5

2

3

(a  2 x )
2

(x  a )
2

2

2

3

2

0 .5

 3 x 

‫נשווה את הביטוי לאפס ונקבל היכן מקבלת‬
‫הפונקציה ערך מכסימלי‬
‫) ‪(a  2 x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪0‬‬

‫‪2‬‬

‫‪3‬‬

‫‪0 .5‬‬

‫) ‪Q(x  a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫) ‪(x  a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪a‬‬

‫‪2‬‬
‫‪2‬‬

‫‪‬‬

‫‪E  K‬‬
‫‪a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x ‬‬

E total  K

Qx
(x  a )
2

2 1.5

E total
x  

2

a

2
x 

2
2

a

X

‫כאשר ‪( x>>a‬אבל לא שואף לאינסוף)‪.‬‬
‫‪2‬‬

‫קיבלנו ביטוי המזכיר לנו‬
‫את השדה של מטען‬
‫נקודתי‪ ,‬כלומר במרחק‬
‫רב מהטבעת נוכל‬
‫להתייחס אליה כמטען‬
‫נקודתי "המרוכז"‬
‫במרכזה‪.‬‬

‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪Q‬‬
‫‪X‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Q‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Qx‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x a  x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪E x  a  K‬‬


Slide 5

‫נתונה טבעת מעגלית‪ ,‬בעלת רדיוס ‪ ,a‬הטעונה באופן‬
‫אחיד במטען חיובי ‪.+Q‬‬
‫מרכז הטבעת נמצאת בראשית הצירים‪.‬‬
‫ציר הסימטריה של הטבעת הינו ציר ‪.x‬‬
‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫יש לחשב את השדה החשמלי על ציר הסימטריה של‬
‫הטבעת כפונקציה של המרחק ‪ x‬ממרכז הטבעת‪.‬‬

‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫מאחר והטבעת היא לא מטען נקודתי‪ ,‬עלינו‬
‫לחלק את הטבעת ליחידות אורך קטנות מאוד‪,‬‬
‫כך שכל יחידה כזאת תחשב כמטען נקודתי‪.‬‬
‫המטען ‪ dq‬הנו‬
‫המטען ביחידת‬
‫האורך הקטנה‪.‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪Q‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫נפעיל את עיקרון הסופרפוזיציה‬
‫ונבדוק מהי תרומת השפעתו של כל אלמנט מטען ‪dq‬‬
‫על השדה במרחק ‪ x‬ממישור הטבעת‪.‬‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪d E e lc‬‬

‫עכשיו נתבונן על מטען נקודתי ‪ dq‬נוסף הנמצא בדיוק‬
‫מול המטען הראשון‪.‬‬
‫גם הוא משפיע על השדה בנקודה‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬

‫) ‪d E elc ( 2‬‬
‫‪x‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪dE elc (1‬‬

‫מאחר וגודל המטען שווה והמרחק מהנקודה שווה‪ ,‬נקבל‬
‫כי עוצמת השדה שווה מצד כל מטען‪ .‬לכן נקבל כי‬
‫בציר הניצב רכיבי השדה מתאפסים והשדה השקול‬
‫שנוצר מזוג המטענים הקטנים יהיה מכוון על ציר ‪x‬‬
‫לכיוון החיובי‪ ,‬כמתואר בתרשים‪.‬‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬

‫) ‪d E elc ( 2‬‬
‫‪x‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬
‫‪dE‬‬
‫‪ d E e lc 2  2  d E X‬‬
‫‪e lc 1‬‬
‫)‪dE elc (1‬‬

‫למעשה הטבעת מורכבת מאוסף זוגות של מטענים‬
‫נקודתים אשר כל זוג גורם לבטל את הרכיב הנציב‪.‬‬
‫בסופו של דבר יש לסכום את כל רכיבי השדות בציר ‪x‬‬

‫‪E total   dE X‬‬

‫‪x‬‬

‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫נחזור אל אותו מטען נקודתי ונמצא ביטוי לרכיב השדה‬
‫בציר ‪. X‬‬
‫‪d E e lc ( x )  d E e lc  co s ‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪dE elc‬‬

‫שדה שיוצר מטען נקודתי חיובי‬
d E e lc  K

dq
r

2

K

Q+ +

dq
x a
2

r 

2

x a
2

2

a
+


x

+

+

x

‫את קוסינוס הזווית נחשב מגיאומטריה‬
‫‪x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬

‫‪cos  ‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Q+ +‬‬

‫‪r ‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫נציב את הביטויים שקיבלנו ונמצא ביטוי לרכיב השדה‬
‫בכיוון ציר ‪ x‬שתורם אלמנט מטען אחד‪.‬‬
‫‪x‬‬

‫‪dq‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1 .5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪x‬‬

‫‪K‬‬
‫‪2‬‬

‫‪‬‬

‫‪x a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬

‫‪dq‬‬

‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫) ‪d E elc ( x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪d E e lc ( x )  K‬‬

‫עכשיו נסכום את כל רכיבי השדות‬
E total   dE elc ( x )   ( K

E total  K

x
(x  a )
2

2 1.5

dq
(x  a )
2

2 1.5

x)

dq

‫את כל הקבועים ניתן‬
‫להוציא כגורם משותף‬
Q

+
a +
+
+

E to ta l   d E e lc ( x )
x

E to ta l  K
E to ta l  K

Q

x
(x  a )
2

2 1 .5

dq

Qx

‫נשאר לסכום את‬
‫אלמנטי המטען‬
‫שסכומם נותן את‬
‫מטען הטבעת‬

(x  a )
2

+
a +
+
+

2 1 .5

E to ta l   d E e lc ( x )
x

‫קיבלנו ביטוי עבור השדה השקול שמפעילה טבעת על‬
‫ציר הסימטריה שלה‪ ,‬במרחק ‪ X‬ממישור הטבעת‪.‬‬
‫קשר זה נכון לכל ‪ , x‬חיובי או שלילי‬

‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫) ‪E to ta l   d E e lc ( x‬‬
‫‪x‬‬

‫‪2‬‬

‫‪+‬‬
‫‪a +‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪E total  K‬‬
‫‪Q‬‬

‫מתוך הקשר שקיבלנו אנו רואים שכאשר ‪x=0‬‬
‫מתקבל ‪E=0‬‬

‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪+‬‬
‫‪a +‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪Q‬‬

‫נשרטט גרף המתאר את תלות הכוח בהעתק מנש"מ‪.‬‬
‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪X‬‬

‫ניתן לראות שהפונקציה מקבלת ערך מכסימלי‪.‬‬
‫נגזור את הפונקציה כדי למצוא היכן מתקבל הכח המכסימלי‪.‬‬
‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪X‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

E K

Qx
(x  a )
2

2 1.5

Q  ( x  a )
2

E  K

2 1 .5

 x(x  a )
2

(x  a )
2

Q(x  a )
2

E  K

‫נגזרת של מנה‬

2

0 .5

2

3

(a  2 x )
2

(x  a )
2

2

2

3

2

0 .5

 3 x 

‫נשווה את הביטוי לאפס ונקבל היכן מקבלת‬
‫הפונקציה ערך מכסימלי‬
‫) ‪(a  2 x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪0‬‬

‫‪2‬‬

‫‪3‬‬

‫‪0 .5‬‬

‫) ‪Q(x  a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫) ‪(x  a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪a‬‬

‫‪2‬‬
‫‪2‬‬

‫‪‬‬

‫‪E  K‬‬
‫‪a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x ‬‬

E total  K

Qx
(x  a )
2

2 1.5

E total
x  

2

a

2
x 

2
2

a

X

‫כאשר ‪( x>>a‬אבל לא שואף לאינסוף)‪.‬‬
‫‪2‬‬

‫קיבלנו ביטוי המזכיר לנו‬
‫את השדה של מטען‬
‫נקודתי‪ ,‬כלומר במרחק‬
‫רב מהטבעת נוכל‬
‫להתייחס אליה כמטען‬
‫נקודתי "המרוכז"‬
‫במרכזה‪.‬‬

‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪Q‬‬
‫‪X‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Q‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Qx‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x a  x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪E x  a  K‬‬


Slide 6

‫נתונה טבעת מעגלית‪ ,‬בעלת רדיוס ‪ ,a‬הטעונה באופן‬
‫אחיד במטען חיובי ‪.+Q‬‬
‫מרכז הטבעת נמצאת בראשית הצירים‪.‬‬
‫ציר הסימטריה של הטבעת הינו ציר ‪.x‬‬
‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫יש לחשב את השדה החשמלי על ציר הסימטריה של‬
‫הטבעת כפונקציה של המרחק ‪ x‬ממרכז הטבעת‪.‬‬

‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫מאחר והטבעת היא לא מטען נקודתי‪ ,‬עלינו‬
‫לחלק את הטבעת ליחידות אורך קטנות מאוד‪,‬‬
‫כך שכל יחידה כזאת תחשב כמטען נקודתי‪.‬‬
‫המטען ‪ dq‬הנו‬
‫המטען ביחידת‬
‫האורך הקטנה‪.‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪Q‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫נפעיל את עיקרון הסופרפוזיציה‬
‫ונבדוק מהי תרומת השפעתו של כל אלמנט מטען ‪dq‬‬
‫על השדה במרחק ‪ x‬ממישור הטבעת‪.‬‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪d E e lc‬‬

‫עכשיו נתבונן על מטען נקודתי ‪ dq‬נוסף הנמצא בדיוק‬
‫מול המטען הראשון‪.‬‬
‫גם הוא משפיע על השדה בנקודה‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬

‫) ‪d E elc ( 2‬‬
‫‪x‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪dE elc (1‬‬

‫מאחר וגודל המטען שווה והמרחק מהנקודה שווה‪ ,‬נקבל‬
‫כי עוצמת השדה שווה מצד כל מטען‪ .‬לכן נקבל כי‬
‫בציר הניצב רכיבי השדה מתאפסים והשדה השקול‬
‫שנוצר מזוג המטענים הקטנים יהיה מכוון על ציר ‪x‬‬
‫לכיוון החיובי‪ ,‬כמתואר בתרשים‪.‬‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬

‫) ‪d E elc ( 2‬‬
‫‪x‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬
‫‪dE‬‬
‫‪ d E e lc 2  2  d E X‬‬
‫‪e lc 1‬‬
‫)‪dE elc (1‬‬

‫למעשה הטבעת מורכבת מאוסף זוגות של מטענים‬
‫נקודתים אשר כל זוג גורם לבטל את הרכיב הנציב‪.‬‬
‫בסופו של דבר יש לסכום את כל רכיבי השדות בציר ‪x‬‬

‫‪E total   dE X‬‬

‫‪x‬‬

‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫נחזור אל אותו מטען נקודתי ונמצא ביטוי לרכיב השדה‬
‫בציר ‪. X‬‬
‫‪d E e lc ( x )  d E e lc  co s ‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪dE elc‬‬

‫שדה שיוצר מטען נקודתי חיובי‬
d E e lc  K

dq
r

2

K

Q+ +

dq
x a
2

r 

2

x a
2

2

a
+


x

+

+

x

‫את קוסינוס הזווית נחשב מגיאומטריה‬
‫‪x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬

‫‪cos  ‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Q+ +‬‬

‫‪r ‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫נציב את הביטויים שקיבלנו ונמצא ביטוי לרכיב השדה‬
‫בכיוון ציר ‪ x‬שתורם אלמנט מטען אחד‪.‬‬
‫‪x‬‬

‫‪dq‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1 .5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪x‬‬

‫‪K‬‬
‫‪2‬‬

‫‪‬‬

‫‪x a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬

‫‪dq‬‬

‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫) ‪d E elc ( x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪d E e lc ( x )  K‬‬

‫עכשיו נסכום את כל רכיבי השדות‬
E total   dE elc ( x )   ( K

E total  K

x
(x  a )
2

2 1.5

dq
(x  a )
2

2 1.5

x)

dq

‫את כל הקבועים ניתן‬
‫להוציא כגורם משותף‬
Q

+
a +
+
+

E to ta l   d E e lc ( x )
x

E to ta l  K
E to ta l  K

Q

x
(x  a )
2

2 1 .5

dq

Qx

‫נשאר לסכום את‬
‫אלמנטי המטען‬
‫שסכומם נותן את‬
‫מטען הטבעת‬

(x  a )
2

+
a +
+
+

2 1 .5

E to ta l   d E e lc ( x )
x

‫קיבלנו ביטוי עבור השדה השקול שמפעילה טבעת על‬
‫ציר הסימטריה שלה‪ ,‬במרחק ‪ X‬ממישור הטבעת‪.‬‬
‫קשר זה נכון לכל ‪ , x‬חיובי או שלילי‬

‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫) ‪E to ta l   d E e lc ( x‬‬
‫‪x‬‬

‫‪2‬‬

‫‪+‬‬
‫‪a +‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪E total  K‬‬
‫‪Q‬‬

‫מתוך הקשר שקיבלנו אנו רואים שכאשר ‪x=0‬‬
‫מתקבל ‪E=0‬‬

‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪+‬‬
‫‪a +‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪Q‬‬

‫נשרטט גרף המתאר את תלות הכוח בהעתק מנש"מ‪.‬‬
‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪X‬‬

‫ניתן לראות שהפונקציה מקבלת ערך מכסימלי‪.‬‬
‫נגזור את הפונקציה כדי למצוא היכן מתקבל הכח המכסימלי‪.‬‬
‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪X‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

E K

Qx
(x  a )
2

2 1.5

Q  ( x  a )
2

E  K

2 1 .5

 x(x  a )
2

(x  a )
2

Q(x  a )
2

E  K

‫נגזרת של מנה‬

2

0 .5

2

3

(a  2 x )
2

(x  a )
2

2

2

3

2

0 .5

 3 x 

‫נשווה את הביטוי לאפס ונקבל היכן מקבלת‬
‫הפונקציה ערך מכסימלי‬
‫) ‪(a  2 x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪0‬‬

‫‪2‬‬

‫‪3‬‬

‫‪0 .5‬‬

‫) ‪Q(x  a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫) ‪(x  a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪a‬‬

‫‪2‬‬
‫‪2‬‬

‫‪‬‬

‫‪E  K‬‬
‫‪a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x ‬‬

E total  K

Qx
(x  a )
2

2 1.5

E total
x  

2

a

2
x 

2
2

a

X

‫כאשר ‪( x>>a‬אבל לא שואף לאינסוף)‪.‬‬
‫‪2‬‬

‫קיבלנו ביטוי המזכיר לנו‬
‫את השדה של מטען‬
‫נקודתי‪ ,‬כלומר במרחק‬
‫רב מהטבעת נוכל‬
‫להתייחס אליה כמטען‬
‫נקודתי "המרוכז"‬
‫במרכזה‪.‬‬

‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪Q‬‬
‫‪X‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Q‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Qx‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x a  x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪E x  a  K‬‬


Slide 7

‫נתונה טבעת מעגלית‪ ,‬בעלת רדיוס ‪ ,a‬הטעונה באופן‬
‫אחיד במטען חיובי ‪.+Q‬‬
‫מרכז הטבעת נמצאת בראשית הצירים‪.‬‬
‫ציר הסימטריה של הטבעת הינו ציר ‪.x‬‬
‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫יש לחשב את השדה החשמלי על ציר הסימטריה של‬
‫הטבעת כפונקציה של המרחק ‪ x‬ממרכז הטבעת‪.‬‬

‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫מאחר והטבעת היא לא מטען נקודתי‪ ,‬עלינו‬
‫לחלק את הטבעת ליחידות אורך קטנות מאוד‪,‬‬
‫כך שכל יחידה כזאת תחשב כמטען נקודתי‪.‬‬
‫המטען ‪ dq‬הנו‬
‫המטען ביחידת‬
‫האורך הקטנה‪.‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪Q‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫נפעיל את עיקרון הסופרפוזיציה‬
‫ונבדוק מהי תרומת השפעתו של כל אלמנט מטען ‪dq‬‬
‫על השדה במרחק ‪ x‬ממישור הטבעת‪.‬‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪d E e lc‬‬

‫עכשיו נתבונן על מטען נקודתי ‪ dq‬נוסף הנמצא בדיוק‬
‫מול המטען הראשון‪.‬‬
‫גם הוא משפיע על השדה בנקודה‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬

‫) ‪d E elc ( 2‬‬
‫‪x‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪dE elc (1‬‬

‫מאחר וגודל המטען שווה והמרחק מהנקודה שווה‪ ,‬נקבל‬
‫כי עוצמת השדה שווה מצד כל מטען‪ .‬לכן נקבל כי‬
‫בציר הניצב רכיבי השדה מתאפסים והשדה השקול‬
‫שנוצר מזוג המטענים הקטנים יהיה מכוון על ציר ‪x‬‬
‫לכיוון החיובי‪ ,‬כמתואר בתרשים‪.‬‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬

‫) ‪d E elc ( 2‬‬
‫‪x‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬
‫‪dE‬‬
‫‪ d E e lc 2  2  d E X‬‬
‫‪e lc 1‬‬
‫)‪dE elc (1‬‬

‫למעשה הטבעת מורכבת מאוסף זוגות של מטענים‬
‫נקודתים אשר כל זוג גורם לבטל את הרכיב הנציב‪.‬‬
‫בסופו של דבר יש לסכום את כל רכיבי השדות בציר ‪x‬‬

‫‪E total   dE X‬‬

‫‪x‬‬

‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫נחזור אל אותו מטען נקודתי ונמצא ביטוי לרכיב השדה‬
‫בציר ‪. X‬‬
‫‪d E e lc ( x )  d E e lc  co s ‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪dE elc‬‬

‫שדה שיוצר מטען נקודתי חיובי‬
d E e lc  K

dq
r

2

K

Q+ +

dq
x a
2

r 

2

x a
2

2

a
+


x

+

+

x

‫את קוסינוס הזווית נחשב מגיאומטריה‬
‫‪x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬

‫‪cos  ‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Q+ +‬‬

‫‪r ‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫נציב את הביטויים שקיבלנו ונמצא ביטוי לרכיב השדה‬
‫בכיוון ציר ‪ x‬שתורם אלמנט מטען אחד‪.‬‬
‫‪x‬‬

‫‪dq‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1 .5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪x‬‬

‫‪K‬‬
‫‪2‬‬

‫‪‬‬

‫‪x a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬

‫‪dq‬‬

‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫) ‪d E elc ( x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪d E e lc ( x )  K‬‬

‫עכשיו נסכום את כל רכיבי השדות‬
E total   dE elc ( x )   ( K

E total  K

x
(x  a )
2

2 1.5

dq
(x  a )
2

2 1.5

x)

dq

‫את כל הקבועים ניתן‬
‫להוציא כגורם משותף‬
Q

+
a +
+
+

E to ta l   d E e lc ( x )
x

E to ta l  K
E to ta l  K

Q

x
(x  a )
2

2 1 .5

dq

Qx

‫נשאר לסכום את‬
‫אלמנטי המטען‬
‫שסכומם נותן את‬
‫מטען הטבעת‬

(x  a )
2

+
a +
+
+

2 1 .5

E to ta l   d E e lc ( x )
x

‫קיבלנו ביטוי עבור השדה השקול שמפעילה טבעת על‬
‫ציר הסימטריה שלה‪ ,‬במרחק ‪ X‬ממישור הטבעת‪.‬‬
‫קשר זה נכון לכל ‪ , x‬חיובי או שלילי‬

‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫) ‪E to ta l   d E e lc ( x‬‬
‫‪x‬‬

‫‪2‬‬

‫‪+‬‬
‫‪a +‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪E total  K‬‬
‫‪Q‬‬

‫מתוך הקשר שקיבלנו אנו רואים שכאשר ‪x=0‬‬
‫מתקבל ‪E=0‬‬

‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪+‬‬
‫‪a +‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪Q‬‬

‫נשרטט גרף המתאר את תלות הכוח בהעתק מנש"מ‪.‬‬
‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪X‬‬

‫ניתן לראות שהפונקציה מקבלת ערך מכסימלי‪.‬‬
‫נגזור את הפונקציה כדי למצוא היכן מתקבל הכח המכסימלי‪.‬‬
‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪X‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

E K

Qx
(x  a )
2

2 1.5

Q  ( x  a )
2

E  K

2 1 .5

 x(x  a )
2

(x  a )
2

Q(x  a )
2

E  K

‫נגזרת של מנה‬

2

0 .5

2

3

(a  2 x )
2

(x  a )
2

2

2

3

2

0 .5

 3 x 

‫נשווה את הביטוי לאפס ונקבל היכן מקבלת‬
‫הפונקציה ערך מכסימלי‬
‫) ‪(a  2 x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪0‬‬

‫‪2‬‬

‫‪3‬‬

‫‪0 .5‬‬

‫) ‪Q(x  a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫) ‪(x  a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪a‬‬

‫‪2‬‬
‫‪2‬‬

‫‪‬‬

‫‪E  K‬‬
‫‪a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x ‬‬

E total  K

Qx
(x  a )
2

2 1.5

E total
x  

2

a

2
x 

2
2

a

X

‫כאשר ‪( x>>a‬אבל לא שואף לאינסוף)‪.‬‬
‫‪2‬‬

‫קיבלנו ביטוי המזכיר לנו‬
‫את השדה של מטען‬
‫נקודתי‪ ,‬כלומר במרחק‬
‫רב מהטבעת נוכל‬
‫להתייחס אליה כמטען‬
‫נקודתי "המרוכז"‬
‫במרכזה‪.‬‬

‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪Q‬‬
‫‪X‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Q‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Qx‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x a  x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪E x  a  K‬‬


Slide 8

‫נתונה טבעת מעגלית‪ ,‬בעלת רדיוס ‪ ,a‬הטעונה באופן‬
‫אחיד במטען חיובי ‪.+Q‬‬
‫מרכז הטבעת נמצאת בראשית הצירים‪.‬‬
‫ציר הסימטריה של הטבעת הינו ציר ‪.x‬‬
‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫יש לחשב את השדה החשמלי על ציר הסימטריה של‬
‫הטבעת כפונקציה של המרחק ‪ x‬ממרכז הטבעת‪.‬‬

‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫מאחר והטבעת היא לא מטען נקודתי‪ ,‬עלינו‬
‫לחלק את הטבעת ליחידות אורך קטנות מאוד‪,‬‬
‫כך שכל יחידה כזאת תחשב כמטען נקודתי‪.‬‬
‫המטען ‪ dq‬הנו‬
‫המטען ביחידת‬
‫האורך הקטנה‪.‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪Q‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫נפעיל את עיקרון הסופרפוזיציה‬
‫ונבדוק מהי תרומת השפעתו של כל אלמנט מטען ‪dq‬‬
‫על השדה במרחק ‪ x‬ממישור הטבעת‪.‬‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪d E e lc‬‬

‫עכשיו נתבונן על מטען נקודתי ‪ dq‬נוסף הנמצא בדיוק‬
‫מול המטען הראשון‪.‬‬
‫גם הוא משפיע על השדה בנקודה‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬

‫) ‪d E elc ( 2‬‬
‫‪x‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪dE elc (1‬‬

‫מאחר וגודל המטען שווה והמרחק מהנקודה שווה‪ ,‬נקבל‬
‫כי עוצמת השדה שווה מצד כל מטען‪ .‬לכן נקבל כי‬
‫בציר הניצב רכיבי השדה מתאפסים והשדה השקול‬
‫שנוצר מזוג המטענים הקטנים יהיה מכוון על ציר ‪x‬‬
‫לכיוון החיובי‪ ,‬כמתואר בתרשים‪.‬‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬

‫) ‪d E elc ( 2‬‬
‫‪x‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬
‫‪dE‬‬
‫‪ d E e lc 2  2  d E X‬‬
‫‪e lc 1‬‬
‫)‪dE elc (1‬‬

‫למעשה הטבעת מורכבת מאוסף זוגות של מטענים‬
‫נקודתים אשר כל זוג גורם לבטל את הרכיב הנציב‪.‬‬
‫בסופו של דבר יש לסכום את כל רכיבי השדות בציר ‪x‬‬

‫‪E total   dE X‬‬

‫‪x‬‬

‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫נחזור אל אותו מטען נקודתי ונמצא ביטוי לרכיב השדה‬
‫בציר ‪. X‬‬
‫‪d E e lc ( x )  d E e lc  co s ‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪dE elc‬‬

‫שדה שיוצר מטען נקודתי חיובי‬
d E e lc  K

dq
r

2

K

Q+ +

dq
x a
2

r 

2

x a
2

2

a
+


x

+

+

x

‫את קוסינוס הזווית נחשב מגיאומטריה‬
‫‪x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬

‫‪cos  ‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Q+ +‬‬

‫‪r ‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫נציב את הביטויים שקיבלנו ונמצא ביטוי לרכיב השדה‬
‫בכיוון ציר ‪ x‬שתורם אלמנט מטען אחד‪.‬‬
‫‪x‬‬

‫‪dq‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1 .5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪x‬‬

‫‪K‬‬
‫‪2‬‬

‫‪‬‬

‫‪x a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬

‫‪dq‬‬

‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫) ‪d E elc ( x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪d E e lc ( x )  K‬‬

‫עכשיו נסכום את כל רכיבי השדות‬
E total   dE elc ( x )   ( K

E total  K

x
(x  a )
2

2 1.5

dq
(x  a )
2

2 1.5

x)

dq

‫את כל הקבועים ניתן‬
‫להוציא כגורם משותף‬
Q

+
a +
+
+

E to ta l   d E e lc ( x )
x

E to ta l  K
E to ta l  K

Q

x
(x  a )
2

2 1 .5

dq

Qx

‫נשאר לסכום את‬
‫אלמנטי המטען‬
‫שסכומם נותן את‬
‫מטען הטבעת‬

(x  a )
2

+
a +
+
+

2 1 .5

E to ta l   d E e lc ( x )
x

‫קיבלנו ביטוי עבור השדה השקול שמפעילה טבעת על‬
‫ציר הסימטריה שלה‪ ,‬במרחק ‪ X‬ממישור הטבעת‪.‬‬
‫קשר זה נכון לכל ‪ , x‬חיובי או שלילי‬

‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫) ‪E to ta l   d E e lc ( x‬‬
‫‪x‬‬

‫‪2‬‬

‫‪+‬‬
‫‪a +‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪E total  K‬‬
‫‪Q‬‬

‫מתוך הקשר שקיבלנו אנו רואים שכאשר ‪x=0‬‬
‫מתקבל ‪E=0‬‬

‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪+‬‬
‫‪a +‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪Q‬‬

‫נשרטט גרף המתאר את תלות הכוח בהעתק מנש"מ‪.‬‬
‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪X‬‬

‫ניתן לראות שהפונקציה מקבלת ערך מכסימלי‪.‬‬
‫נגזור את הפונקציה כדי למצוא היכן מתקבל הכח המכסימלי‪.‬‬
‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪X‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

E K

Qx
(x  a )
2

2 1.5

Q  ( x  a )
2

E  K

2 1 .5

 x(x  a )
2

(x  a )
2

Q(x  a )
2

E  K

‫נגזרת של מנה‬

2

0 .5

2

3

(a  2 x )
2

(x  a )
2

2

2

3

2

0 .5

 3 x 

‫נשווה את הביטוי לאפס ונקבל היכן מקבלת‬
‫הפונקציה ערך מכסימלי‬
‫) ‪(a  2 x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪0‬‬

‫‪2‬‬

‫‪3‬‬

‫‪0 .5‬‬

‫) ‪Q(x  a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫) ‪(x  a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪a‬‬

‫‪2‬‬
‫‪2‬‬

‫‪‬‬

‫‪E  K‬‬
‫‪a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x ‬‬

E total  K

Qx
(x  a )
2

2 1.5

E total
x  

2

a

2
x 

2
2

a

X

‫כאשר ‪( x>>a‬אבל לא שואף לאינסוף)‪.‬‬
‫‪2‬‬

‫קיבלנו ביטוי המזכיר לנו‬
‫את השדה של מטען‬
‫נקודתי‪ ,‬כלומר במרחק‬
‫רב מהטבעת נוכל‬
‫להתייחס אליה כמטען‬
‫נקודתי "המרוכז"‬
‫במרכזה‪.‬‬

‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪Q‬‬
‫‪X‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Q‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Qx‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x a  x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪E x  a  K‬‬


Slide 9

‫נתונה טבעת מעגלית‪ ,‬בעלת רדיוס ‪ ,a‬הטעונה באופן‬
‫אחיד במטען חיובי ‪.+Q‬‬
‫מרכז הטבעת נמצאת בראשית הצירים‪.‬‬
‫ציר הסימטריה של הטבעת הינו ציר ‪.x‬‬
‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫יש לחשב את השדה החשמלי על ציר הסימטריה של‬
‫הטבעת כפונקציה של המרחק ‪ x‬ממרכז הטבעת‪.‬‬

‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫מאחר והטבעת היא לא מטען נקודתי‪ ,‬עלינו‬
‫לחלק את הטבעת ליחידות אורך קטנות מאוד‪,‬‬
‫כך שכל יחידה כזאת תחשב כמטען נקודתי‪.‬‬
‫המטען ‪ dq‬הנו‬
‫המטען ביחידת‬
‫האורך הקטנה‪.‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪Q‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫נפעיל את עיקרון הסופרפוזיציה‬
‫ונבדוק מהי תרומת השפעתו של כל אלמנט מטען ‪dq‬‬
‫על השדה במרחק ‪ x‬ממישור הטבעת‪.‬‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪d E e lc‬‬

‫עכשיו נתבונן על מטען נקודתי ‪ dq‬נוסף הנמצא בדיוק‬
‫מול המטען הראשון‪.‬‬
‫גם הוא משפיע על השדה בנקודה‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬

‫) ‪d E elc ( 2‬‬
‫‪x‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪dE elc (1‬‬

‫מאחר וגודל המטען שווה והמרחק מהנקודה שווה‪ ,‬נקבל‬
‫כי עוצמת השדה שווה מצד כל מטען‪ .‬לכן נקבל כי‬
‫בציר הניצב רכיבי השדה מתאפסים והשדה השקול‬
‫שנוצר מזוג המטענים הקטנים יהיה מכוון על ציר ‪x‬‬
‫לכיוון החיובי‪ ,‬כמתואר בתרשים‪.‬‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬

‫) ‪d E elc ( 2‬‬
‫‪x‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬
‫‪dE‬‬
‫‪ d E e lc 2  2  d E X‬‬
‫‪e lc 1‬‬
‫)‪dE elc (1‬‬

‫למעשה הטבעת מורכבת מאוסף זוגות של מטענים‬
‫נקודתים אשר כל זוג גורם לבטל את הרכיב הנציב‪.‬‬
‫בסופו של דבר יש לסכום את כל רכיבי השדות בציר ‪x‬‬

‫‪E total   dE X‬‬

‫‪x‬‬

‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫נחזור אל אותו מטען נקודתי ונמצא ביטוי לרכיב השדה‬
‫בציר ‪. X‬‬
‫‪d E e lc ( x )  d E e lc  co s ‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪dE elc‬‬

‫שדה שיוצר מטען נקודתי חיובי‬
d E e lc  K

dq
r

2

K

Q+ +

dq
x a
2

r 

2

x a
2

2

a
+


x

+

+

x

‫את קוסינוס הזווית נחשב מגיאומטריה‬
‫‪x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬

‫‪cos  ‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Q+ +‬‬

‫‪r ‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫נציב את הביטויים שקיבלנו ונמצא ביטוי לרכיב השדה‬
‫בכיוון ציר ‪ x‬שתורם אלמנט מטען אחד‪.‬‬
‫‪x‬‬

‫‪dq‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1 .5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪x‬‬

‫‪K‬‬
‫‪2‬‬

‫‪‬‬

‫‪x a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬

‫‪dq‬‬

‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫) ‪d E elc ( x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪d E e lc ( x )  K‬‬

‫עכשיו נסכום את כל רכיבי השדות‬
E total   dE elc ( x )   ( K

E total  K

x
(x  a )
2

2 1.5

dq
(x  a )
2

2 1.5

x)

dq

‫את כל הקבועים ניתן‬
‫להוציא כגורם משותף‬
Q

+
a +
+
+

E to ta l   d E e lc ( x )
x

E to ta l  K
E to ta l  K

Q

x
(x  a )
2

2 1 .5

dq

Qx

‫נשאר לסכום את‬
‫אלמנטי המטען‬
‫שסכומם נותן את‬
‫מטען הטבעת‬

(x  a )
2

+
a +
+
+

2 1 .5

E to ta l   d E e lc ( x )
x

‫קיבלנו ביטוי עבור השדה השקול שמפעילה טבעת על‬
‫ציר הסימטריה שלה‪ ,‬במרחק ‪ X‬ממישור הטבעת‪.‬‬
‫קשר זה נכון לכל ‪ , x‬חיובי או שלילי‬

‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫) ‪E to ta l   d E e lc ( x‬‬
‫‪x‬‬

‫‪2‬‬

‫‪+‬‬
‫‪a +‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪E total  K‬‬
‫‪Q‬‬

‫מתוך הקשר שקיבלנו אנו רואים שכאשר ‪x=0‬‬
‫מתקבל ‪E=0‬‬

‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪+‬‬
‫‪a +‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪Q‬‬

‫נשרטט גרף המתאר את תלות הכוח בהעתק מנש"מ‪.‬‬
‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪X‬‬

‫ניתן לראות שהפונקציה מקבלת ערך מכסימלי‪.‬‬
‫נגזור את הפונקציה כדי למצוא היכן מתקבל הכח המכסימלי‪.‬‬
‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪X‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

E K

Qx
(x  a )
2

2 1.5

Q  ( x  a )
2

E  K

2 1 .5

 x(x  a )
2

(x  a )
2

Q(x  a )
2

E  K

‫נגזרת של מנה‬

2

0 .5

2

3

(a  2 x )
2

(x  a )
2

2

2

3

2

0 .5

 3 x 

‫נשווה את הביטוי לאפס ונקבל היכן מקבלת‬
‫הפונקציה ערך מכסימלי‬
‫) ‪(a  2 x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪0‬‬

‫‪2‬‬

‫‪3‬‬

‫‪0 .5‬‬

‫) ‪Q(x  a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫) ‪(x  a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪a‬‬

‫‪2‬‬
‫‪2‬‬

‫‪‬‬

‫‪E  K‬‬
‫‪a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x ‬‬

E total  K

Qx
(x  a )
2

2 1.5

E total
x  

2

a

2
x 

2
2

a

X

‫כאשר ‪( x>>a‬אבל לא שואף לאינסוף)‪.‬‬
‫‪2‬‬

‫קיבלנו ביטוי המזכיר לנו‬
‫את השדה של מטען‬
‫נקודתי‪ ,‬כלומר במרחק‬
‫רב מהטבעת נוכל‬
‫להתייחס אליה כמטען‬
‫נקודתי "המרוכז"‬
‫במרכזה‪.‬‬

‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪Q‬‬
‫‪X‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Q‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Qx‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x a  x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪E x  a  K‬‬


Slide 10

‫נתונה טבעת מעגלית‪ ,‬בעלת רדיוס ‪ ,a‬הטעונה באופן‬
‫אחיד במטען חיובי ‪.+Q‬‬
‫מרכז הטבעת נמצאת בראשית הצירים‪.‬‬
‫ציר הסימטריה של הטבעת הינו ציר ‪.x‬‬
‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫יש לחשב את השדה החשמלי על ציר הסימטריה של‬
‫הטבעת כפונקציה של המרחק ‪ x‬ממרכז הטבעת‪.‬‬

‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫מאחר והטבעת היא לא מטען נקודתי‪ ,‬עלינו‬
‫לחלק את הטבעת ליחידות אורך קטנות מאוד‪,‬‬
‫כך שכל יחידה כזאת תחשב כמטען נקודתי‪.‬‬
‫המטען ‪ dq‬הנו‬
‫המטען ביחידת‬
‫האורך הקטנה‪.‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪Q‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫נפעיל את עיקרון הסופרפוזיציה‬
‫ונבדוק מהי תרומת השפעתו של כל אלמנט מטען ‪dq‬‬
‫על השדה במרחק ‪ x‬ממישור הטבעת‪.‬‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪d E e lc‬‬

‫עכשיו נתבונן על מטען נקודתי ‪ dq‬נוסף הנמצא בדיוק‬
‫מול המטען הראשון‪.‬‬
‫גם הוא משפיע על השדה בנקודה‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬

‫) ‪d E elc ( 2‬‬
‫‪x‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪dE elc (1‬‬

‫מאחר וגודל המטען שווה והמרחק מהנקודה שווה‪ ,‬נקבל‬
‫כי עוצמת השדה שווה מצד כל מטען‪ .‬לכן נקבל כי‬
‫בציר הניצב רכיבי השדה מתאפסים והשדה השקול‬
‫שנוצר מזוג המטענים הקטנים יהיה מכוון על ציר ‪x‬‬
‫לכיוון החיובי‪ ,‬כמתואר בתרשים‪.‬‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬

‫) ‪d E elc ( 2‬‬
‫‪x‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬
‫‪dE‬‬
‫‪ d E e lc 2  2  d E X‬‬
‫‪e lc 1‬‬
‫)‪dE elc (1‬‬

‫למעשה הטבעת מורכבת מאוסף זוגות של מטענים‬
‫נקודתים אשר כל זוג גורם לבטל את הרכיב הנציב‪.‬‬
‫בסופו של דבר יש לסכום את כל רכיבי השדות בציר ‪x‬‬

‫‪E total   dE X‬‬

‫‪x‬‬

‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫נחזור אל אותו מטען נקודתי ונמצא ביטוי לרכיב השדה‬
‫בציר ‪. X‬‬
‫‪d E e lc ( x )  d E e lc  co s ‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪dE elc‬‬

‫שדה שיוצר מטען נקודתי חיובי‬
d E e lc  K

dq
r

2

K

Q+ +

dq
x a
2

r 

2

x a
2

2

a
+


x

+

+

x

‫את קוסינוס הזווית נחשב מגיאומטריה‬
‫‪x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬

‫‪cos  ‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Q+ +‬‬

‫‪r ‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫נציב את הביטויים שקיבלנו ונמצא ביטוי לרכיב השדה‬
‫בכיוון ציר ‪ x‬שתורם אלמנט מטען אחד‪.‬‬
‫‪x‬‬

‫‪dq‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1 .5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪x‬‬

‫‪K‬‬
‫‪2‬‬

‫‪‬‬

‫‪x a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬

‫‪dq‬‬

‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫) ‪d E elc ( x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪d E e lc ( x )  K‬‬

‫עכשיו נסכום את כל רכיבי השדות‬
E total   dE elc ( x )   ( K

E total  K

x
(x  a )
2

2 1.5

dq
(x  a )
2

2 1.5

x)

dq

‫את כל הקבועים ניתן‬
‫להוציא כגורם משותף‬
Q

+
a +
+
+

E to ta l   d E e lc ( x )
x

E to ta l  K
E to ta l  K

Q

x
(x  a )
2

2 1 .5

dq

Qx

‫נשאר לסכום את‬
‫אלמנטי המטען‬
‫שסכומם נותן את‬
‫מטען הטבעת‬

(x  a )
2

+
a +
+
+

2 1 .5

E to ta l   d E e lc ( x )
x

‫קיבלנו ביטוי עבור השדה השקול שמפעילה טבעת על‬
‫ציר הסימטריה שלה‪ ,‬במרחק ‪ X‬ממישור הטבעת‪.‬‬
‫קשר זה נכון לכל ‪ , x‬חיובי או שלילי‬

‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫) ‪E to ta l   d E e lc ( x‬‬
‫‪x‬‬

‫‪2‬‬

‫‪+‬‬
‫‪a +‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪E total  K‬‬
‫‪Q‬‬

‫מתוך הקשר שקיבלנו אנו רואים שכאשר ‪x=0‬‬
‫מתקבל ‪E=0‬‬

‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪+‬‬
‫‪a +‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪Q‬‬

‫נשרטט גרף המתאר את תלות הכוח בהעתק מנש"מ‪.‬‬
‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪X‬‬

‫ניתן לראות שהפונקציה מקבלת ערך מכסימלי‪.‬‬
‫נגזור את הפונקציה כדי למצוא היכן מתקבל הכח המכסימלי‪.‬‬
‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪X‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

E K

Qx
(x  a )
2

2 1.5

Q  ( x  a )
2

E  K

2 1 .5

 x(x  a )
2

(x  a )
2

Q(x  a )
2

E  K

‫נגזרת של מנה‬

2

0 .5

2

3

(a  2 x )
2

(x  a )
2

2

2

3

2

0 .5

 3 x 

‫נשווה את הביטוי לאפס ונקבל היכן מקבלת‬
‫הפונקציה ערך מכסימלי‬
‫) ‪(a  2 x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪0‬‬

‫‪2‬‬

‫‪3‬‬

‫‪0 .5‬‬

‫) ‪Q(x  a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫) ‪(x  a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪a‬‬

‫‪2‬‬
‫‪2‬‬

‫‪‬‬

‫‪E  K‬‬
‫‪a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x ‬‬

E total  K

Qx
(x  a )
2

2 1.5

E total
x  

2

a

2
x 

2
2

a

X

‫כאשר ‪( x>>a‬אבל לא שואף לאינסוף)‪.‬‬
‫‪2‬‬

‫קיבלנו ביטוי המזכיר לנו‬
‫את השדה של מטען‬
‫נקודתי‪ ,‬כלומר במרחק‬
‫רב מהטבעת נוכל‬
‫להתייחס אליה כמטען‬
‫נקודתי "המרוכז"‬
‫במרכזה‪.‬‬

‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪Q‬‬
‫‪X‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Q‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Qx‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x a  x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪E x  a  K‬‬


Slide 11

‫נתונה טבעת מעגלית‪ ,‬בעלת רדיוס ‪ ,a‬הטעונה באופן‬
‫אחיד במטען חיובי ‪.+Q‬‬
‫מרכז הטבעת נמצאת בראשית הצירים‪.‬‬
‫ציר הסימטריה של הטבעת הינו ציר ‪.x‬‬
‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫יש לחשב את השדה החשמלי על ציר הסימטריה של‬
‫הטבעת כפונקציה של המרחק ‪ x‬ממרכז הטבעת‪.‬‬

‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫מאחר והטבעת היא לא מטען נקודתי‪ ,‬עלינו‬
‫לחלק את הטבעת ליחידות אורך קטנות מאוד‪,‬‬
‫כך שכל יחידה כזאת תחשב כמטען נקודתי‪.‬‬
‫המטען ‪ dq‬הנו‬
‫המטען ביחידת‬
‫האורך הקטנה‪.‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪Q‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫נפעיל את עיקרון הסופרפוזיציה‬
‫ונבדוק מהי תרומת השפעתו של כל אלמנט מטען ‪dq‬‬
‫על השדה במרחק ‪ x‬ממישור הטבעת‪.‬‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪d E e lc‬‬

‫עכשיו נתבונן על מטען נקודתי ‪ dq‬נוסף הנמצא בדיוק‬
‫מול המטען הראשון‪.‬‬
‫גם הוא משפיע על השדה בנקודה‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬

‫) ‪d E elc ( 2‬‬
‫‪x‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪dE elc (1‬‬

‫מאחר וגודל המטען שווה והמרחק מהנקודה שווה‪ ,‬נקבל‬
‫כי עוצמת השדה שווה מצד כל מטען‪ .‬לכן נקבל כי‬
‫בציר הניצב רכיבי השדה מתאפסים והשדה השקול‬
‫שנוצר מזוג המטענים הקטנים יהיה מכוון על ציר ‪x‬‬
‫לכיוון החיובי‪ ,‬כמתואר בתרשים‪.‬‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬

‫) ‪d E elc ( 2‬‬
‫‪x‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬
‫‪dE‬‬
‫‪ d E e lc 2  2  d E X‬‬
‫‪e lc 1‬‬
‫)‪dE elc (1‬‬

‫למעשה הטבעת מורכבת מאוסף זוגות של מטענים‬
‫נקודתים אשר כל זוג גורם לבטל את הרכיב הנציב‪.‬‬
‫בסופו של דבר יש לסכום את כל רכיבי השדות בציר ‪x‬‬

‫‪E total   dE X‬‬

‫‪x‬‬

‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫נחזור אל אותו מטען נקודתי ונמצא ביטוי לרכיב השדה‬
‫בציר ‪. X‬‬
‫‪d E e lc ( x )  d E e lc  co s ‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪dE elc‬‬

‫שדה שיוצר מטען נקודתי חיובי‬
d E e lc  K

dq
r

2

K

Q+ +

dq
x a
2

r 

2

x a
2

2

a
+


x

+

+

x

‫את קוסינוס הזווית נחשב מגיאומטריה‬
‫‪x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬

‫‪cos  ‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Q+ +‬‬

‫‪r ‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫נציב את הביטויים שקיבלנו ונמצא ביטוי לרכיב השדה‬
‫בכיוון ציר ‪ x‬שתורם אלמנט מטען אחד‪.‬‬
‫‪x‬‬

‫‪dq‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1 .5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪x‬‬

‫‪K‬‬
‫‪2‬‬

‫‪‬‬

‫‪x a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬

‫‪dq‬‬

‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫) ‪d E elc ( x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪d E e lc ( x )  K‬‬

‫עכשיו נסכום את כל רכיבי השדות‬
E total   dE elc ( x )   ( K

E total  K

x
(x  a )
2

2 1.5

dq
(x  a )
2

2 1.5

x)

dq

‫את כל הקבועים ניתן‬
‫להוציא כגורם משותף‬
Q

+
a +
+
+

E to ta l   d E e lc ( x )
x

E to ta l  K
E to ta l  K

Q

x
(x  a )
2

2 1 .5

dq

Qx

‫נשאר לסכום את‬
‫אלמנטי המטען‬
‫שסכומם נותן את‬
‫מטען הטבעת‬

(x  a )
2

+
a +
+
+

2 1 .5

E to ta l   d E e lc ( x )
x

‫קיבלנו ביטוי עבור השדה השקול שמפעילה טבעת על‬
‫ציר הסימטריה שלה‪ ,‬במרחק ‪ X‬ממישור הטבעת‪.‬‬
‫קשר זה נכון לכל ‪ , x‬חיובי או שלילי‬

‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫) ‪E to ta l   d E e lc ( x‬‬
‫‪x‬‬

‫‪2‬‬

‫‪+‬‬
‫‪a +‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪E total  K‬‬
‫‪Q‬‬

‫מתוך הקשר שקיבלנו אנו רואים שכאשר ‪x=0‬‬
‫מתקבל ‪E=0‬‬

‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪+‬‬
‫‪a +‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪Q‬‬

‫נשרטט גרף המתאר את תלות הכוח בהעתק מנש"מ‪.‬‬
‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪X‬‬

‫ניתן לראות שהפונקציה מקבלת ערך מכסימלי‪.‬‬
‫נגזור את הפונקציה כדי למצוא היכן מתקבל הכח המכסימלי‪.‬‬
‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪X‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

E K

Qx
(x  a )
2

2 1.5

Q  ( x  a )
2

E  K

2 1 .5

 x(x  a )
2

(x  a )
2

Q(x  a )
2

E  K

‫נגזרת של מנה‬

2

0 .5

2

3

(a  2 x )
2

(x  a )
2

2

2

3

2

0 .5

 3 x 

‫נשווה את הביטוי לאפס ונקבל היכן מקבלת‬
‫הפונקציה ערך מכסימלי‬
‫) ‪(a  2 x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪0‬‬

‫‪2‬‬

‫‪3‬‬

‫‪0 .5‬‬

‫) ‪Q(x  a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫) ‪(x  a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪a‬‬

‫‪2‬‬
‫‪2‬‬

‫‪‬‬

‫‪E  K‬‬
‫‪a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x ‬‬

E total  K

Qx
(x  a )
2

2 1.5

E total
x  

2

a

2
x 

2
2

a

X

‫כאשר ‪( x>>a‬אבל לא שואף לאינסוף)‪.‬‬
‫‪2‬‬

‫קיבלנו ביטוי המזכיר לנו‬
‫את השדה של מטען‬
‫נקודתי‪ ,‬כלומר במרחק‬
‫רב מהטבעת נוכל‬
‫להתייחס אליה כמטען‬
‫נקודתי "המרוכז"‬
‫במרכזה‪.‬‬

‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪Q‬‬
‫‪X‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Q‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Qx‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x a  x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪E x  a  K‬‬


Slide 12

‫נתונה טבעת מעגלית‪ ,‬בעלת רדיוס ‪ ,a‬הטעונה באופן‬
‫אחיד במטען חיובי ‪.+Q‬‬
‫מרכז הטבעת נמצאת בראשית הצירים‪.‬‬
‫ציר הסימטריה של הטבעת הינו ציר ‪.x‬‬
‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫יש לחשב את השדה החשמלי על ציר הסימטריה של‬
‫הטבעת כפונקציה של המרחק ‪ x‬ממרכז הטבעת‪.‬‬

‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫מאחר והטבעת היא לא מטען נקודתי‪ ,‬עלינו‬
‫לחלק את הטבעת ליחידות אורך קטנות מאוד‪,‬‬
‫כך שכל יחידה כזאת תחשב כמטען נקודתי‪.‬‬
‫המטען ‪ dq‬הנו‬
‫המטען ביחידת‬
‫האורך הקטנה‪.‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪Q‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫נפעיל את עיקרון הסופרפוזיציה‬
‫ונבדוק מהי תרומת השפעתו של כל אלמנט מטען ‪dq‬‬
‫על השדה במרחק ‪ x‬ממישור הטבעת‪.‬‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪d E e lc‬‬

‫עכשיו נתבונן על מטען נקודתי ‪ dq‬נוסף הנמצא בדיוק‬
‫מול המטען הראשון‪.‬‬
‫גם הוא משפיע על השדה בנקודה‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬

‫) ‪d E elc ( 2‬‬
‫‪x‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪dE elc (1‬‬

‫מאחר וגודל המטען שווה והמרחק מהנקודה שווה‪ ,‬נקבל‬
‫כי עוצמת השדה שווה מצד כל מטען‪ .‬לכן נקבל כי‬
‫בציר הניצב רכיבי השדה מתאפסים והשדה השקול‬
‫שנוצר מזוג המטענים הקטנים יהיה מכוון על ציר ‪x‬‬
‫לכיוון החיובי‪ ,‬כמתואר בתרשים‪.‬‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬

‫) ‪d E elc ( 2‬‬
‫‪x‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬
‫‪dE‬‬
‫‪ d E e lc 2  2  d E X‬‬
‫‪e lc 1‬‬
‫)‪dE elc (1‬‬

‫למעשה הטבעת מורכבת מאוסף זוגות של מטענים‬
‫נקודתים אשר כל זוג גורם לבטל את הרכיב הנציב‪.‬‬
‫בסופו של דבר יש לסכום את כל רכיבי השדות בציר ‪x‬‬

‫‪E total   dE X‬‬

‫‪x‬‬

‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫נחזור אל אותו מטען נקודתי ונמצא ביטוי לרכיב השדה‬
‫בציר ‪. X‬‬
‫‪d E e lc ( x )  d E e lc  co s ‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪dE elc‬‬

‫שדה שיוצר מטען נקודתי חיובי‬
d E e lc  K

dq
r

2

K

Q+ +

dq
x a
2

r 

2

x a
2

2

a
+


x

+

+

x

‫את קוסינוס הזווית נחשב מגיאומטריה‬
‫‪x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬

‫‪cos  ‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Q+ +‬‬

‫‪r ‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫נציב את הביטויים שקיבלנו ונמצא ביטוי לרכיב השדה‬
‫בכיוון ציר ‪ x‬שתורם אלמנט מטען אחד‪.‬‬
‫‪x‬‬

‫‪dq‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1 .5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪x‬‬

‫‪K‬‬
‫‪2‬‬

‫‪‬‬

‫‪x a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬

‫‪dq‬‬

‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫) ‪d E elc ( x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪d E e lc ( x )  K‬‬

‫עכשיו נסכום את כל רכיבי השדות‬
E total   dE elc ( x )   ( K

E total  K

x
(x  a )
2

2 1.5

dq
(x  a )
2

2 1.5

x)

dq

‫את כל הקבועים ניתן‬
‫להוציא כגורם משותף‬
Q

+
a +
+
+

E to ta l   d E e lc ( x )
x

E to ta l  K
E to ta l  K

Q

x
(x  a )
2

2 1 .5

dq

Qx

‫נשאר לסכום את‬
‫אלמנטי המטען‬
‫שסכומם נותן את‬
‫מטען הטבעת‬

(x  a )
2

+
a +
+
+

2 1 .5

E to ta l   d E e lc ( x )
x

‫קיבלנו ביטוי עבור השדה השקול שמפעילה טבעת על‬
‫ציר הסימטריה שלה‪ ,‬במרחק ‪ X‬ממישור הטבעת‪.‬‬
‫קשר זה נכון לכל ‪ , x‬חיובי או שלילי‬

‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫) ‪E to ta l   d E e lc ( x‬‬
‫‪x‬‬

‫‪2‬‬

‫‪+‬‬
‫‪a +‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪E total  K‬‬
‫‪Q‬‬

‫מתוך הקשר שקיבלנו אנו רואים שכאשר ‪x=0‬‬
‫מתקבל ‪E=0‬‬

‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪+‬‬
‫‪a +‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪Q‬‬

‫נשרטט גרף המתאר את תלות הכוח בהעתק מנש"מ‪.‬‬
‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪X‬‬

‫ניתן לראות שהפונקציה מקבלת ערך מכסימלי‪.‬‬
‫נגזור את הפונקציה כדי למצוא היכן מתקבל הכח המכסימלי‪.‬‬
‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪X‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

E K

Qx
(x  a )
2

2 1.5

Q  ( x  a )
2

E  K

2 1 .5

 x(x  a )
2

(x  a )
2

Q(x  a )
2

E  K

‫נגזרת של מנה‬

2

0 .5

2

3

(a  2 x )
2

(x  a )
2

2

2

3

2

0 .5

 3 x 

‫נשווה את הביטוי לאפס ונקבל היכן מקבלת‬
‫הפונקציה ערך מכסימלי‬
‫) ‪(a  2 x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪0‬‬

‫‪2‬‬

‫‪3‬‬

‫‪0 .5‬‬

‫) ‪Q(x  a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫) ‪(x  a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪a‬‬

‫‪2‬‬
‫‪2‬‬

‫‪‬‬

‫‪E  K‬‬
‫‪a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x ‬‬

E total  K

Qx
(x  a )
2

2 1.5

E total
x  

2

a

2
x 

2
2

a

X

‫כאשר ‪( x>>a‬אבל לא שואף לאינסוף)‪.‬‬
‫‪2‬‬

‫קיבלנו ביטוי המזכיר לנו‬
‫את השדה של מטען‬
‫נקודתי‪ ,‬כלומר במרחק‬
‫רב מהטבעת נוכל‬
‫להתייחס אליה כמטען‬
‫נקודתי "המרוכז"‬
‫במרכזה‪.‬‬

‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪Q‬‬
‫‪X‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Q‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Qx‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x a  x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪E x  a  K‬‬


Slide 13

‫נתונה טבעת מעגלית‪ ,‬בעלת רדיוס ‪ ,a‬הטעונה באופן‬
‫אחיד במטען חיובי ‪.+Q‬‬
‫מרכז הטבעת נמצאת בראשית הצירים‪.‬‬
‫ציר הסימטריה של הטבעת הינו ציר ‪.x‬‬
‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫יש לחשב את השדה החשמלי על ציר הסימטריה של‬
‫הטבעת כפונקציה של המרחק ‪ x‬ממרכז הטבעת‪.‬‬

‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫מאחר והטבעת היא לא מטען נקודתי‪ ,‬עלינו‬
‫לחלק את הטבעת ליחידות אורך קטנות מאוד‪,‬‬
‫כך שכל יחידה כזאת תחשב כמטען נקודתי‪.‬‬
‫המטען ‪ dq‬הנו‬
‫המטען ביחידת‬
‫האורך הקטנה‪.‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪Q‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫נפעיל את עיקרון הסופרפוזיציה‬
‫ונבדוק מהי תרומת השפעתו של כל אלמנט מטען ‪dq‬‬
‫על השדה במרחק ‪ x‬ממישור הטבעת‪.‬‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪d E e lc‬‬

‫עכשיו נתבונן על מטען נקודתי ‪ dq‬נוסף הנמצא בדיוק‬
‫מול המטען הראשון‪.‬‬
‫גם הוא משפיע על השדה בנקודה‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬

‫) ‪d E elc ( 2‬‬
‫‪x‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪dE elc (1‬‬

‫מאחר וגודל המטען שווה והמרחק מהנקודה שווה‪ ,‬נקבל‬
‫כי עוצמת השדה שווה מצד כל מטען‪ .‬לכן נקבל כי‬
‫בציר הניצב רכיבי השדה מתאפסים והשדה השקול‬
‫שנוצר מזוג המטענים הקטנים יהיה מכוון על ציר ‪x‬‬
‫לכיוון החיובי‪ ,‬כמתואר בתרשים‪.‬‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬

‫) ‪d E elc ( 2‬‬
‫‪x‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬
‫‪dE‬‬
‫‪ d E e lc 2  2  d E X‬‬
‫‪e lc 1‬‬
‫)‪dE elc (1‬‬

‫למעשה הטבעת מורכבת מאוסף זוגות של מטענים‬
‫נקודתים אשר כל זוג גורם לבטל את הרכיב הנציב‪.‬‬
‫בסופו של דבר יש לסכום את כל רכיבי השדות בציר ‪x‬‬

‫‪E total   dE X‬‬

‫‪x‬‬

‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫נחזור אל אותו מטען נקודתי ונמצא ביטוי לרכיב השדה‬
‫בציר ‪. X‬‬
‫‪d E e lc ( x )  d E e lc  co s ‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪dE elc‬‬

‫שדה שיוצר מטען נקודתי חיובי‬
d E e lc  K

dq
r

2

K

Q+ +

dq
x a
2

r 

2

x a
2

2

a
+


x

+

+

x

‫את קוסינוס הזווית נחשב מגיאומטריה‬
‫‪x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬

‫‪cos  ‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Q+ +‬‬

‫‪r ‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫נציב את הביטויים שקיבלנו ונמצא ביטוי לרכיב השדה‬
‫בכיוון ציר ‪ x‬שתורם אלמנט מטען אחד‪.‬‬
‫‪x‬‬

‫‪dq‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1 .5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪x‬‬

‫‪K‬‬
‫‪2‬‬

‫‪‬‬

‫‪x a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬

‫‪dq‬‬

‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫) ‪d E elc ( x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪d E e lc ( x )  K‬‬

‫עכשיו נסכום את כל רכיבי השדות‬
E total   dE elc ( x )   ( K

E total  K

x
(x  a )
2

2 1.5

dq
(x  a )
2

2 1.5

x)

dq

‫את כל הקבועים ניתן‬
‫להוציא כגורם משותף‬
Q

+
a +
+
+

E to ta l   d E e lc ( x )
x

E to ta l  K
E to ta l  K

Q

x
(x  a )
2

2 1 .5

dq

Qx

‫נשאר לסכום את‬
‫אלמנטי המטען‬
‫שסכומם נותן את‬
‫מטען הטבעת‬

(x  a )
2

+
a +
+
+

2 1 .5

E to ta l   d E e lc ( x )
x

‫קיבלנו ביטוי עבור השדה השקול שמפעילה טבעת על‬
‫ציר הסימטריה שלה‪ ,‬במרחק ‪ X‬ממישור הטבעת‪.‬‬
‫קשר זה נכון לכל ‪ , x‬חיובי או שלילי‬

‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫) ‪E to ta l   d E e lc ( x‬‬
‫‪x‬‬

‫‪2‬‬

‫‪+‬‬
‫‪a +‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪E total  K‬‬
‫‪Q‬‬

‫מתוך הקשר שקיבלנו אנו רואים שכאשר ‪x=0‬‬
‫מתקבל ‪E=0‬‬

‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪+‬‬
‫‪a +‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪Q‬‬

‫נשרטט גרף המתאר את תלות הכוח בהעתק מנש"מ‪.‬‬
‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪X‬‬

‫ניתן לראות שהפונקציה מקבלת ערך מכסימלי‪.‬‬
‫נגזור את הפונקציה כדי למצוא היכן מתקבל הכח המכסימלי‪.‬‬
‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪X‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

E K

Qx
(x  a )
2

2 1.5

Q  ( x  a )
2

E  K

2 1 .5

 x(x  a )
2

(x  a )
2

Q(x  a )
2

E  K

‫נגזרת של מנה‬

2

0 .5

2

3

(a  2 x )
2

(x  a )
2

2

2

3

2

0 .5

 3 x 

‫נשווה את הביטוי לאפס ונקבל היכן מקבלת‬
‫הפונקציה ערך מכסימלי‬
‫) ‪(a  2 x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪0‬‬

‫‪2‬‬

‫‪3‬‬

‫‪0 .5‬‬

‫) ‪Q(x  a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫) ‪(x  a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪a‬‬

‫‪2‬‬
‫‪2‬‬

‫‪‬‬

‫‪E  K‬‬
‫‪a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x ‬‬

E total  K

Qx
(x  a )
2

2 1.5

E total
x  

2

a

2
x 

2
2

a

X

‫כאשר ‪( x>>a‬אבל לא שואף לאינסוף)‪.‬‬
‫‪2‬‬

‫קיבלנו ביטוי המזכיר לנו‬
‫את השדה של מטען‬
‫נקודתי‪ ,‬כלומר במרחק‬
‫רב מהטבעת נוכל‬
‫להתייחס אליה כמטען‬
‫נקודתי "המרוכז"‬
‫במרכזה‪.‬‬

‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪Q‬‬
‫‪X‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Q‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Qx‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x a  x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪E x  a  K‬‬


Slide 14

‫נתונה טבעת מעגלית‪ ,‬בעלת רדיוס ‪ ,a‬הטעונה באופן‬
‫אחיד במטען חיובי ‪.+Q‬‬
‫מרכז הטבעת נמצאת בראשית הצירים‪.‬‬
‫ציר הסימטריה של הטבעת הינו ציר ‪.x‬‬
‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫יש לחשב את השדה החשמלי על ציר הסימטריה של‬
‫הטבעת כפונקציה של המרחק ‪ x‬ממרכז הטבעת‪.‬‬

‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫מאחר והטבעת היא לא מטען נקודתי‪ ,‬עלינו‬
‫לחלק את הטבעת ליחידות אורך קטנות מאוד‪,‬‬
‫כך שכל יחידה כזאת תחשב כמטען נקודתי‪.‬‬
‫המטען ‪ dq‬הנו‬
‫המטען ביחידת‬
‫האורך הקטנה‪.‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪Q‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫נפעיל את עיקרון הסופרפוזיציה‬
‫ונבדוק מהי תרומת השפעתו של כל אלמנט מטען ‪dq‬‬
‫על השדה במרחק ‪ x‬ממישור הטבעת‪.‬‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪d E e lc‬‬

‫עכשיו נתבונן על מטען נקודתי ‪ dq‬נוסף הנמצא בדיוק‬
‫מול המטען הראשון‪.‬‬
‫גם הוא משפיע על השדה בנקודה‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬

‫) ‪d E elc ( 2‬‬
‫‪x‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪dE elc (1‬‬

‫מאחר וגודל המטען שווה והמרחק מהנקודה שווה‪ ,‬נקבל‬
‫כי עוצמת השדה שווה מצד כל מטען‪ .‬לכן נקבל כי‬
‫בציר הניצב רכיבי השדה מתאפסים והשדה השקול‬
‫שנוצר מזוג המטענים הקטנים יהיה מכוון על ציר ‪x‬‬
‫לכיוון החיובי‪ ,‬כמתואר בתרשים‪.‬‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬

‫) ‪d E elc ( 2‬‬
‫‪x‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬
‫‪dE‬‬
‫‪ d E e lc 2  2  d E X‬‬
‫‪e lc 1‬‬
‫)‪dE elc (1‬‬

‫למעשה הטבעת מורכבת מאוסף זוגות של מטענים‬
‫נקודתים אשר כל זוג גורם לבטל את הרכיב הנציב‪.‬‬
‫בסופו של דבר יש לסכום את כל רכיבי השדות בציר ‪x‬‬

‫‪E total   dE X‬‬

‫‪x‬‬

‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫נחזור אל אותו מטען נקודתי ונמצא ביטוי לרכיב השדה‬
‫בציר ‪. X‬‬
‫‪d E e lc ( x )  d E e lc  co s ‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪dE elc‬‬

‫שדה שיוצר מטען נקודתי חיובי‬
d E e lc  K

dq
r

2

K

Q+ +

dq
x a
2

r 

2

x a
2

2

a
+


x

+

+

x

‫את קוסינוס הזווית נחשב מגיאומטריה‬
‫‪x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬

‫‪cos  ‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Q+ +‬‬

‫‪r ‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫נציב את הביטויים שקיבלנו ונמצא ביטוי לרכיב השדה‬
‫בכיוון ציר ‪ x‬שתורם אלמנט מטען אחד‪.‬‬
‫‪x‬‬

‫‪dq‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1 .5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪x‬‬

‫‪K‬‬
‫‪2‬‬

‫‪‬‬

‫‪x a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬

‫‪dq‬‬

‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫) ‪d E elc ( x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪d E e lc ( x )  K‬‬

‫עכשיו נסכום את כל רכיבי השדות‬
E total   dE elc ( x )   ( K

E total  K

x
(x  a )
2

2 1.5

dq
(x  a )
2

2 1.5

x)

dq

‫את כל הקבועים ניתן‬
‫להוציא כגורם משותף‬
Q

+
a +
+
+

E to ta l   d E e lc ( x )
x

E to ta l  K
E to ta l  K

Q

x
(x  a )
2

2 1 .5

dq

Qx

‫נשאר לסכום את‬
‫אלמנטי המטען‬
‫שסכומם נותן את‬
‫מטען הטבעת‬

(x  a )
2

+
a +
+
+

2 1 .5

E to ta l   d E e lc ( x )
x

‫קיבלנו ביטוי עבור השדה השקול שמפעילה טבעת על‬
‫ציר הסימטריה שלה‪ ,‬במרחק ‪ X‬ממישור הטבעת‪.‬‬
‫קשר זה נכון לכל ‪ , x‬חיובי או שלילי‬

‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫) ‪E to ta l   d E e lc ( x‬‬
‫‪x‬‬

‫‪2‬‬

‫‪+‬‬
‫‪a +‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪E total  K‬‬
‫‪Q‬‬

‫מתוך הקשר שקיבלנו אנו רואים שכאשר ‪x=0‬‬
‫מתקבל ‪E=0‬‬

‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪+‬‬
‫‪a +‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪Q‬‬

‫נשרטט גרף המתאר את תלות הכוח בהעתק מנש"מ‪.‬‬
‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪X‬‬

‫ניתן לראות שהפונקציה מקבלת ערך מכסימלי‪.‬‬
‫נגזור את הפונקציה כדי למצוא היכן מתקבל הכח המכסימלי‪.‬‬
‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪X‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

E K

Qx
(x  a )
2

2 1.5

Q  ( x  a )
2

E  K

2 1 .5

 x(x  a )
2

(x  a )
2

Q(x  a )
2

E  K

‫נגזרת של מנה‬

2

0 .5

2

3

(a  2 x )
2

(x  a )
2

2

2

3

2

0 .5

 3 x 

‫נשווה את הביטוי לאפס ונקבל היכן מקבלת‬
‫הפונקציה ערך מכסימלי‬
‫) ‪(a  2 x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪0‬‬

‫‪2‬‬

‫‪3‬‬

‫‪0 .5‬‬

‫) ‪Q(x  a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫) ‪(x  a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪a‬‬

‫‪2‬‬
‫‪2‬‬

‫‪‬‬

‫‪E  K‬‬
‫‪a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x ‬‬

E total  K

Qx
(x  a )
2

2 1.5

E total
x  

2

a

2
x 

2
2

a

X

‫כאשר ‪( x>>a‬אבל לא שואף לאינסוף)‪.‬‬
‫‪2‬‬

‫קיבלנו ביטוי המזכיר לנו‬
‫את השדה של מטען‬
‫נקודתי‪ ,‬כלומר במרחק‬
‫רב מהטבעת נוכל‬
‫להתייחס אליה כמטען‬
‫נקודתי "המרוכז"‬
‫במרכזה‪.‬‬

‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪Q‬‬
‫‪X‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Q‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Qx‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x a  x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪E x  a  K‬‬


Slide 15

‫נתונה טבעת מעגלית‪ ,‬בעלת רדיוס ‪ ,a‬הטעונה באופן‬
‫אחיד במטען חיובי ‪.+Q‬‬
‫מרכז הטבעת נמצאת בראשית הצירים‪.‬‬
‫ציר הסימטריה של הטבעת הינו ציר ‪.x‬‬
‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫יש לחשב את השדה החשמלי על ציר הסימטריה של‬
‫הטבעת כפונקציה של המרחק ‪ x‬ממרכז הטבעת‪.‬‬

‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫מאחר והטבעת היא לא מטען נקודתי‪ ,‬עלינו‬
‫לחלק את הטבעת ליחידות אורך קטנות מאוד‪,‬‬
‫כך שכל יחידה כזאת תחשב כמטען נקודתי‪.‬‬
‫המטען ‪ dq‬הנו‬
‫המטען ביחידת‬
‫האורך הקטנה‪.‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪Q‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫נפעיל את עיקרון הסופרפוזיציה‬
‫ונבדוק מהי תרומת השפעתו של כל אלמנט מטען ‪dq‬‬
‫על השדה במרחק ‪ x‬ממישור הטבעת‪.‬‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪d E e lc‬‬

‫עכשיו נתבונן על מטען נקודתי ‪ dq‬נוסף הנמצא בדיוק‬
‫מול המטען הראשון‪.‬‬
‫גם הוא משפיע על השדה בנקודה‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬

‫) ‪d E elc ( 2‬‬
‫‪x‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪dE elc (1‬‬

‫מאחר וגודל המטען שווה והמרחק מהנקודה שווה‪ ,‬נקבל‬
‫כי עוצמת השדה שווה מצד כל מטען‪ .‬לכן נקבל כי‬
‫בציר הניצב רכיבי השדה מתאפסים והשדה השקול‬
‫שנוצר מזוג המטענים הקטנים יהיה מכוון על ציר ‪x‬‬
‫לכיוון החיובי‪ ,‬כמתואר בתרשים‪.‬‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬

‫) ‪d E elc ( 2‬‬
‫‪x‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬
‫‪dE‬‬
‫‪ d E e lc 2  2  d E X‬‬
‫‪e lc 1‬‬
‫)‪dE elc (1‬‬

‫למעשה הטבעת מורכבת מאוסף זוגות של מטענים‬
‫נקודתים אשר כל זוג גורם לבטל את הרכיב הנציב‪.‬‬
‫בסופו של דבר יש לסכום את כל רכיבי השדות בציר ‪x‬‬

‫‪E total   dE X‬‬

‫‪x‬‬

‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫נחזור אל אותו מטען נקודתי ונמצא ביטוי לרכיב השדה‬
‫בציר ‪. X‬‬
‫‪d E e lc ( x )  d E e lc  co s ‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪dE elc‬‬

‫שדה שיוצר מטען נקודתי חיובי‬
d E e lc  K

dq
r

2

K

Q+ +

dq
x a
2

r 

2

x a
2

2

a
+


x

+

+

x

‫את קוסינוס הזווית נחשב מגיאומטריה‬
‫‪x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬

‫‪cos  ‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Q+ +‬‬

‫‪r ‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫נציב את הביטויים שקיבלנו ונמצא ביטוי לרכיב השדה‬
‫בכיוון ציר ‪ x‬שתורם אלמנט מטען אחד‪.‬‬
‫‪x‬‬

‫‪dq‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1 .5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪x‬‬

‫‪K‬‬
‫‪2‬‬

‫‪‬‬

‫‪x a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬

‫‪dq‬‬

‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫) ‪d E elc ( x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪d E e lc ( x )  K‬‬

‫עכשיו נסכום את כל רכיבי השדות‬
E total   dE elc ( x )   ( K

E total  K

x
(x  a )
2

2 1.5

dq
(x  a )
2

2 1.5

x)

dq

‫את כל הקבועים ניתן‬
‫להוציא כגורם משותף‬
Q

+
a +
+
+

E to ta l   d E e lc ( x )
x

E to ta l  K
E to ta l  K

Q

x
(x  a )
2

2 1 .5

dq

Qx

‫נשאר לסכום את‬
‫אלמנטי המטען‬
‫שסכומם נותן את‬
‫מטען הטבעת‬

(x  a )
2

+
a +
+
+

2 1 .5

E to ta l   d E e lc ( x )
x

‫קיבלנו ביטוי עבור השדה השקול שמפעילה טבעת על‬
‫ציר הסימטריה שלה‪ ,‬במרחק ‪ X‬ממישור הטבעת‪.‬‬
‫קשר זה נכון לכל ‪ , x‬חיובי או שלילי‬

‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫) ‪E to ta l   d E e lc ( x‬‬
‫‪x‬‬

‫‪2‬‬

‫‪+‬‬
‫‪a +‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪E total  K‬‬
‫‪Q‬‬

‫מתוך הקשר שקיבלנו אנו רואים שכאשר ‪x=0‬‬
‫מתקבל ‪E=0‬‬

‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪+‬‬
‫‪a +‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪Q‬‬

‫נשרטט גרף המתאר את תלות הכוח בהעתק מנש"מ‪.‬‬
‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪X‬‬

‫ניתן לראות שהפונקציה מקבלת ערך מכסימלי‪.‬‬
‫נגזור את הפונקציה כדי למצוא היכן מתקבל הכח המכסימלי‪.‬‬
‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪X‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

E K

Qx
(x  a )
2

2 1.5

Q  ( x  a )
2

E  K

2 1 .5

 x(x  a )
2

(x  a )
2

Q(x  a )
2

E  K

‫נגזרת של מנה‬

2

0 .5

2

3

(a  2 x )
2

(x  a )
2

2

2

3

2

0 .5

 3 x 

‫נשווה את הביטוי לאפס ונקבל היכן מקבלת‬
‫הפונקציה ערך מכסימלי‬
‫) ‪(a  2 x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪0‬‬

‫‪2‬‬

‫‪3‬‬

‫‪0 .5‬‬

‫) ‪Q(x  a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫) ‪(x  a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪a‬‬

‫‪2‬‬
‫‪2‬‬

‫‪‬‬

‫‪E  K‬‬
‫‪a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x ‬‬

E total  K

Qx
(x  a )
2

2 1.5

E total
x  

2

a

2
x 

2
2

a

X

‫כאשר ‪( x>>a‬אבל לא שואף לאינסוף)‪.‬‬
‫‪2‬‬

‫קיבלנו ביטוי המזכיר לנו‬
‫את השדה של מטען‬
‫נקודתי‪ ,‬כלומר במרחק‬
‫רב מהטבעת נוכל‬
‫להתייחס אליה כמטען‬
‫נקודתי "המרוכז"‬
‫במרכזה‪.‬‬

‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪Q‬‬
‫‪X‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Q‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Qx‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x a  x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪E x  a  K‬‬


Slide 16

‫נתונה טבעת מעגלית‪ ,‬בעלת רדיוס ‪ ,a‬הטעונה באופן‬
‫אחיד במטען חיובי ‪.+Q‬‬
‫מרכז הטבעת נמצאת בראשית הצירים‪.‬‬
‫ציר הסימטריה של הטבעת הינו ציר ‪.x‬‬
‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫יש לחשב את השדה החשמלי על ציר הסימטריה של‬
‫הטבעת כפונקציה של המרחק ‪ x‬ממרכז הטבעת‪.‬‬

‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫מאחר והטבעת היא לא מטען נקודתי‪ ,‬עלינו‬
‫לחלק את הטבעת ליחידות אורך קטנות מאוד‪,‬‬
‫כך שכל יחידה כזאת תחשב כמטען נקודתי‪.‬‬
‫המטען ‪ dq‬הנו‬
‫המטען ביחידת‬
‫האורך הקטנה‪.‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪Q‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫נפעיל את עיקרון הסופרפוזיציה‬
‫ונבדוק מהי תרומת השפעתו של כל אלמנט מטען ‪dq‬‬
‫על השדה במרחק ‪ x‬ממישור הטבעת‪.‬‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪d E e lc‬‬

‫עכשיו נתבונן על מטען נקודתי ‪ dq‬נוסף הנמצא בדיוק‬
‫מול המטען הראשון‪.‬‬
‫גם הוא משפיע על השדה בנקודה‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬

‫) ‪d E elc ( 2‬‬
‫‪x‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪dE elc (1‬‬

‫מאחר וגודל המטען שווה והמרחק מהנקודה שווה‪ ,‬נקבל‬
‫כי עוצמת השדה שווה מצד כל מטען‪ .‬לכן נקבל כי‬
‫בציר הניצב רכיבי השדה מתאפסים והשדה השקול‬
‫שנוצר מזוג המטענים הקטנים יהיה מכוון על ציר ‪x‬‬
‫לכיוון החיובי‪ ,‬כמתואר בתרשים‪.‬‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬

‫) ‪d E elc ( 2‬‬
‫‪x‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬
‫‪dE‬‬
‫‪ d E e lc 2  2  d E X‬‬
‫‪e lc 1‬‬
‫)‪dE elc (1‬‬

‫למעשה הטבעת מורכבת מאוסף זוגות של מטענים‬
‫נקודתים אשר כל זוג גורם לבטל את הרכיב הנציב‪.‬‬
‫בסופו של דבר יש לסכום את כל רכיבי השדות בציר ‪x‬‬

‫‪E total   dE X‬‬

‫‪x‬‬

‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫נחזור אל אותו מטען נקודתי ונמצא ביטוי לרכיב השדה‬
‫בציר ‪. X‬‬
‫‪d E e lc ( x )  d E e lc  co s ‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪dE elc‬‬

‫שדה שיוצר מטען נקודתי חיובי‬
d E e lc  K

dq
r

2

K

Q+ +

dq
x a
2

r 

2

x a
2

2

a
+


x

+

+

x

‫את קוסינוס הזווית נחשב מגיאומטריה‬
‫‪x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬

‫‪cos  ‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Q+ +‬‬

‫‪r ‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫נציב את הביטויים שקיבלנו ונמצא ביטוי לרכיב השדה‬
‫בכיוון ציר ‪ x‬שתורם אלמנט מטען אחד‪.‬‬
‫‪x‬‬

‫‪dq‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1 .5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪x‬‬

‫‪K‬‬
‫‪2‬‬

‫‪‬‬

‫‪x a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬

‫‪dq‬‬

‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫) ‪d E elc ( x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪d E e lc ( x )  K‬‬

‫עכשיו נסכום את כל רכיבי השדות‬
E total   dE elc ( x )   ( K

E total  K

x
(x  a )
2

2 1.5

dq
(x  a )
2

2 1.5

x)

dq

‫את כל הקבועים ניתן‬
‫להוציא כגורם משותף‬
Q

+
a +
+
+

E to ta l   d E e lc ( x )
x

E to ta l  K
E to ta l  K

Q

x
(x  a )
2

2 1 .5

dq

Qx

‫נשאר לסכום את‬
‫אלמנטי המטען‬
‫שסכומם נותן את‬
‫מטען הטבעת‬

(x  a )
2

+
a +
+
+

2 1 .5

E to ta l   d E e lc ( x )
x

‫קיבלנו ביטוי עבור השדה השקול שמפעילה טבעת על‬
‫ציר הסימטריה שלה‪ ,‬במרחק ‪ X‬ממישור הטבעת‪.‬‬
‫קשר זה נכון לכל ‪ , x‬חיובי או שלילי‬

‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫) ‪E to ta l   d E e lc ( x‬‬
‫‪x‬‬

‫‪2‬‬

‫‪+‬‬
‫‪a +‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪E total  K‬‬
‫‪Q‬‬

‫מתוך הקשר שקיבלנו אנו רואים שכאשר ‪x=0‬‬
‫מתקבל ‪E=0‬‬

‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪+‬‬
‫‪a +‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪Q‬‬

‫נשרטט גרף המתאר את תלות הכוח בהעתק מנש"מ‪.‬‬
‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪X‬‬

‫ניתן לראות שהפונקציה מקבלת ערך מכסימלי‪.‬‬
‫נגזור את הפונקציה כדי למצוא היכן מתקבל הכח המכסימלי‪.‬‬
‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪X‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

E K

Qx
(x  a )
2

2 1.5

Q  ( x  a )
2

E  K

2 1 .5

 x(x  a )
2

(x  a )
2

Q(x  a )
2

E  K

‫נגזרת של מנה‬

2

0 .5

2

3

(a  2 x )
2

(x  a )
2

2

2

3

2

0 .5

 3 x 

‫נשווה את הביטוי לאפס ונקבל היכן מקבלת‬
‫הפונקציה ערך מכסימלי‬
‫) ‪(a  2 x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪0‬‬

‫‪2‬‬

‫‪3‬‬

‫‪0 .5‬‬

‫) ‪Q(x  a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫) ‪(x  a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪a‬‬

‫‪2‬‬
‫‪2‬‬

‫‪‬‬

‫‪E  K‬‬
‫‪a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x ‬‬

E total  K

Qx
(x  a )
2

2 1.5

E total
x  

2

a

2
x 

2
2

a

X

‫כאשר ‪( x>>a‬אבל לא שואף לאינסוף)‪.‬‬
‫‪2‬‬

‫קיבלנו ביטוי המזכיר לנו‬
‫את השדה של מטען‬
‫נקודתי‪ ,‬כלומר במרחק‬
‫רב מהטבעת נוכל‬
‫להתייחס אליה כמטען‬
‫נקודתי "המרוכז"‬
‫במרכזה‪.‬‬

‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪Q‬‬
‫‪X‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Q‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Qx‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x a  x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪E x  a  K‬‬


Slide 17

‫נתונה טבעת מעגלית‪ ,‬בעלת רדיוס ‪ ,a‬הטעונה באופן‬
‫אחיד במטען חיובי ‪.+Q‬‬
‫מרכז הטבעת נמצאת בראשית הצירים‪.‬‬
‫ציר הסימטריה של הטבעת הינו ציר ‪.x‬‬
‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫יש לחשב את השדה החשמלי על ציר הסימטריה של‬
‫הטבעת כפונקציה של המרחק ‪ x‬ממרכז הטבעת‪.‬‬

‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫מאחר והטבעת היא לא מטען נקודתי‪ ,‬עלינו‬
‫לחלק את הטבעת ליחידות אורך קטנות מאוד‪,‬‬
‫כך שכל יחידה כזאת תחשב כמטען נקודתי‪.‬‬
‫המטען ‪ dq‬הנו‬
‫המטען ביחידת‬
‫האורך הקטנה‪.‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪Q‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫נפעיל את עיקרון הסופרפוזיציה‬
‫ונבדוק מהי תרומת השפעתו של כל אלמנט מטען ‪dq‬‬
‫על השדה במרחק ‪ x‬ממישור הטבעת‪.‬‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪d E e lc‬‬

‫עכשיו נתבונן על מטען נקודתי ‪ dq‬נוסף הנמצא בדיוק‬
‫מול המטען הראשון‪.‬‬
‫גם הוא משפיע על השדה בנקודה‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬

‫) ‪d E elc ( 2‬‬
‫‪x‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪dE elc (1‬‬

‫מאחר וגודל המטען שווה והמרחק מהנקודה שווה‪ ,‬נקבל‬
‫כי עוצמת השדה שווה מצד כל מטען‪ .‬לכן נקבל כי‬
‫בציר הניצב רכיבי השדה מתאפסים והשדה השקול‬
‫שנוצר מזוג המטענים הקטנים יהיה מכוון על ציר ‪x‬‬
‫לכיוון החיובי‪ ,‬כמתואר בתרשים‪.‬‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬

‫) ‪d E elc ( 2‬‬
‫‪x‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬
‫‪dE‬‬
‫‪ d E e lc 2  2  d E X‬‬
‫‪e lc 1‬‬
‫)‪dE elc (1‬‬

‫למעשה הטבעת מורכבת מאוסף זוגות של מטענים‬
‫נקודתים אשר כל זוג גורם לבטל את הרכיב הנציב‪.‬‬
‫בסופו של דבר יש לסכום את כל רכיבי השדות בציר ‪x‬‬

‫‪E total   dE X‬‬

‫‪x‬‬

‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫נחזור אל אותו מטען נקודתי ונמצא ביטוי לרכיב השדה‬
‫בציר ‪. X‬‬
‫‪d E e lc ( x )  d E e lc  co s ‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪dE elc‬‬

‫שדה שיוצר מטען נקודתי חיובי‬
d E e lc  K

dq
r

2

K

Q+ +

dq
x a
2

r 

2

x a
2

2

a
+


x

+

+

x

‫את קוסינוס הזווית נחשב מגיאומטריה‬
‫‪x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬

‫‪cos  ‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Q+ +‬‬

‫‪r ‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫נציב את הביטויים שקיבלנו ונמצא ביטוי לרכיב השדה‬
‫בכיוון ציר ‪ x‬שתורם אלמנט מטען אחד‪.‬‬
‫‪x‬‬

‫‪dq‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1 .5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪x‬‬

‫‪K‬‬
‫‪2‬‬

‫‪‬‬

‫‪x a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬

‫‪dq‬‬

‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫) ‪d E elc ( x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪d E e lc ( x )  K‬‬

‫עכשיו נסכום את כל רכיבי השדות‬
E total   dE elc ( x )   ( K

E total  K

x
(x  a )
2

2 1.5

dq
(x  a )
2

2 1.5

x)

dq

‫את כל הקבועים ניתן‬
‫להוציא כגורם משותף‬
Q

+
a +
+
+

E to ta l   d E e lc ( x )
x

E to ta l  K
E to ta l  K

Q

x
(x  a )
2

2 1 .5

dq

Qx

‫נשאר לסכום את‬
‫אלמנטי המטען‬
‫שסכומם נותן את‬
‫מטען הטבעת‬

(x  a )
2

+
a +
+
+

2 1 .5

E to ta l   d E e lc ( x )
x

‫קיבלנו ביטוי עבור השדה השקול שמפעילה טבעת על‬
‫ציר הסימטריה שלה‪ ,‬במרחק ‪ X‬ממישור הטבעת‪.‬‬
‫קשר זה נכון לכל ‪ , x‬חיובי או שלילי‬

‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫) ‪E to ta l   d E e lc ( x‬‬
‫‪x‬‬

‫‪2‬‬

‫‪+‬‬
‫‪a +‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪E total  K‬‬
‫‪Q‬‬

‫מתוך הקשר שקיבלנו אנו רואים שכאשר ‪x=0‬‬
‫מתקבל ‪E=0‬‬

‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪+‬‬
‫‪a +‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪Q‬‬

‫נשרטט גרף המתאר את תלות הכוח בהעתק מנש"מ‪.‬‬
‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪X‬‬

‫ניתן לראות שהפונקציה מקבלת ערך מכסימלי‪.‬‬
‫נגזור את הפונקציה כדי למצוא היכן מתקבל הכח המכסימלי‪.‬‬
‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪X‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

E K

Qx
(x  a )
2

2 1.5

Q  ( x  a )
2

E  K

2 1 .5

 x(x  a )
2

(x  a )
2

Q(x  a )
2

E  K

‫נגזרת של מנה‬

2

0 .5

2

3

(a  2 x )
2

(x  a )
2

2

2

3

2

0 .5

 3 x 

‫נשווה את הביטוי לאפס ונקבל היכן מקבלת‬
‫הפונקציה ערך מכסימלי‬
‫) ‪(a  2 x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪0‬‬

‫‪2‬‬

‫‪3‬‬

‫‪0 .5‬‬

‫) ‪Q(x  a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫) ‪(x  a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪a‬‬

‫‪2‬‬
‫‪2‬‬

‫‪‬‬

‫‪E  K‬‬
‫‪a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x ‬‬

E total  K

Qx
(x  a )
2

2 1.5

E total
x  

2

a

2
x 

2
2

a

X

‫כאשר ‪( x>>a‬אבל לא שואף לאינסוף)‪.‬‬
‫‪2‬‬

‫קיבלנו ביטוי המזכיר לנו‬
‫את השדה של מטען‬
‫נקודתי‪ ,‬כלומר במרחק‬
‫רב מהטבעת נוכל‬
‫להתייחס אליה כמטען‬
‫נקודתי "המרוכז"‬
‫במרכזה‪.‬‬

‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪Q‬‬
‫‪X‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Q‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Qx‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x a  x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪E x  a  K‬‬


Slide 18

‫נתונה טבעת מעגלית‪ ,‬בעלת רדיוס ‪ ,a‬הטעונה באופן‬
‫אחיד במטען חיובי ‪.+Q‬‬
‫מרכז הטבעת נמצאת בראשית הצירים‪.‬‬
‫ציר הסימטריה של הטבעת הינו ציר ‪.x‬‬
‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫יש לחשב את השדה החשמלי על ציר הסימטריה של‬
‫הטבעת כפונקציה של המרחק ‪ x‬ממרכז הטבעת‪.‬‬

‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫מאחר והטבעת היא לא מטען נקודתי‪ ,‬עלינו‬
‫לחלק את הטבעת ליחידות אורך קטנות מאוד‪,‬‬
‫כך שכל יחידה כזאת תחשב כמטען נקודתי‪.‬‬
‫המטען ‪ dq‬הנו‬
‫המטען ביחידת‬
‫האורך הקטנה‪.‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪Q‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫נפעיל את עיקרון הסופרפוזיציה‬
‫ונבדוק מהי תרומת השפעתו של כל אלמנט מטען ‪dq‬‬
‫על השדה במרחק ‪ x‬ממישור הטבעת‪.‬‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪d E e lc‬‬

‫עכשיו נתבונן על מטען נקודתי ‪ dq‬נוסף הנמצא בדיוק‬
‫מול המטען הראשון‪.‬‬
‫גם הוא משפיע על השדה בנקודה‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬

‫) ‪d E elc ( 2‬‬
‫‪x‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪dE elc (1‬‬

‫מאחר וגודל המטען שווה והמרחק מהנקודה שווה‪ ,‬נקבל‬
‫כי עוצמת השדה שווה מצד כל מטען‪ .‬לכן נקבל כי‬
‫בציר הניצב רכיבי השדה מתאפסים והשדה השקול‬
‫שנוצר מזוג המטענים הקטנים יהיה מכוון על ציר ‪x‬‬
‫לכיוון החיובי‪ ,‬כמתואר בתרשים‪.‬‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬

‫) ‪d E elc ( 2‬‬
‫‪x‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬
‫‪dE‬‬
‫‪ d E e lc 2  2  d E X‬‬
‫‪e lc 1‬‬
‫)‪dE elc (1‬‬

‫למעשה הטבעת מורכבת מאוסף זוגות של מטענים‬
‫נקודתים אשר כל זוג גורם לבטל את הרכיב הנציב‪.‬‬
‫בסופו של דבר יש לסכום את כל רכיבי השדות בציר ‪x‬‬

‫‪E total   dE X‬‬

‫‪x‬‬

‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫נחזור אל אותו מטען נקודתי ונמצא ביטוי לרכיב השדה‬
‫בציר ‪. X‬‬
‫‪d E e lc ( x )  d E e lc  co s ‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪dE elc‬‬

‫שדה שיוצר מטען נקודתי חיובי‬
d E e lc  K

dq
r

2

K

Q+ +

dq
x a
2

r 

2

x a
2

2

a
+


x

+

+

x

‫את קוסינוס הזווית נחשב מגיאומטריה‬
‫‪x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬

‫‪cos  ‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Q+ +‬‬

‫‪r ‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫נציב את הביטויים שקיבלנו ונמצא ביטוי לרכיב השדה‬
‫בכיוון ציר ‪ x‬שתורם אלמנט מטען אחד‪.‬‬
‫‪x‬‬

‫‪dq‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1 .5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪x‬‬

‫‪K‬‬
‫‪2‬‬

‫‪‬‬

‫‪x a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬

‫‪dq‬‬

‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫) ‪d E elc ( x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪d E e lc ( x )  K‬‬

‫עכשיו נסכום את כל רכיבי השדות‬
E total   dE elc ( x )   ( K

E total  K

x
(x  a )
2

2 1.5

dq
(x  a )
2

2 1.5

x)

dq

‫את כל הקבועים ניתן‬
‫להוציא כגורם משותף‬
Q

+
a +
+
+

E to ta l   d E e lc ( x )
x

E to ta l  K
E to ta l  K

Q

x
(x  a )
2

2 1 .5

dq

Qx

‫נשאר לסכום את‬
‫אלמנטי המטען‬
‫שסכומם נותן את‬
‫מטען הטבעת‬

(x  a )
2

+
a +
+
+

2 1 .5

E to ta l   d E e lc ( x )
x

‫קיבלנו ביטוי עבור השדה השקול שמפעילה טבעת על‬
‫ציר הסימטריה שלה‪ ,‬במרחק ‪ X‬ממישור הטבעת‪.‬‬
‫קשר זה נכון לכל ‪ , x‬חיובי או שלילי‬

‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫) ‪E to ta l   d E e lc ( x‬‬
‫‪x‬‬

‫‪2‬‬

‫‪+‬‬
‫‪a +‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪E total  K‬‬
‫‪Q‬‬

‫מתוך הקשר שקיבלנו אנו רואים שכאשר ‪x=0‬‬
‫מתקבל ‪E=0‬‬

‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪+‬‬
‫‪a +‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪Q‬‬

‫נשרטט גרף המתאר את תלות הכוח בהעתק מנש"מ‪.‬‬
‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪X‬‬

‫ניתן לראות שהפונקציה מקבלת ערך מכסימלי‪.‬‬
‫נגזור את הפונקציה כדי למצוא היכן מתקבל הכח המכסימלי‪.‬‬
‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪X‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

E K

Qx
(x  a )
2

2 1.5

Q  ( x  a )
2

E  K

2 1 .5

 x(x  a )
2

(x  a )
2

Q(x  a )
2

E  K

‫נגזרת של מנה‬

2

0 .5

2

3

(a  2 x )
2

(x  a )
2

2

2

3

2

0 .5

 3 x 

‫נשווה את הביטוי לאפס ונקבל היכן מקבלת‬
‫הפונקציה ערך מכסימלי‬
‫) ‪(a  2 x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪0‬‬

‫‪2‬‬

‫‪3‬‬

‫‪0 .5‬‬

‫) ‪Q(x  a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫) ‪(x  a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪a‬‬

‫‪2‬‬
‫‪2‬‬

‫‪‬‬

‫‪E  K‬‬
‫‪a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x ‬‬

E total  K

Qx
(x  a )
2

2 1.5

E total
x  

2

a

2
x 

2
2

a

X

‫כאשר ‪( x>>a‬אבל לא שואף לאינסוף)‪.‬‬
‫‪2‬‬

‫קיבלנו ביטוי המזכיר לנו‬
‫את השדה של מטען‬
‫נקודתי‪ ,‬כלומר במרחק‬
‫רב מהטבעת נוכל‬
‫להתייחס אליה כמטען‬
‫נקודתי "המרוכז"‬
‫במרכזה‪.‬‬

‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪Q‬‬
‫‪X‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Q‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Qx‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x a  x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪E x  a  K‬‬


Slide 19

‫נתונה טבעת מעגלית‪ ,‬בעלת רדיוס ‪ ,a‬הטעונה באופן‬
‫אחיד במטען חיובי ‪.+Q‬‬
‫מרכז הטבעת נמצאת בראשית הצירים‪.‬‬
‫ציר הסימטריה של הטבעת הינו ציר ‪.x‬‬
‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫יש לחשב את השדה החשמלי על ציר הסימטריה של‬
‫הטבעת כפונקציה של המרחק ‪ x‬ממרכז הטבעת‪.‬‬

‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫מאחר והטבעת היא לא מטען נקודתי‪ ,‬עלינו‬
‫לחלק את הטבעת ליחידות אורך קטנות מאוד‪,‬‬
‫כך שכל יחידה כזאת תחשב כמטען נקודתי‪.‬‬
‫המטען ‪ dq‬הנו‬
‫המטען ביחידת‬
‫האורך הקטנה‪.‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪Q‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫נפעיל את עיקרון הסופרפוזיציה‬
‫ונבדוק מהי תרומת השפעתו של כל אלמנט מטען ‪dq‬‬
‫על השדה במרחק ‪ x‬ממישור הטבעת‪.‬‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪d E e lc‬‬

‫עכשיו נתבונן על מטען נקודתי ‪ dq‬נוסף הנמצא בדיוק‬
‫מול המטען הראשון‪.‬‬
‫גם הוא משפיע על השדה בנקודה‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬

‫) ‪d E elc ( 2‬‬
‫‪x‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪dE elc (1‬‬

‫מאחר וגודל המטען שווה והמרחק מהנקודה שווה‪ ,‬נקבל‬
‫כי עוצמת השדה שווה מצד כל מטען‪ .‬לכן נקבל כי‬
‫בציר הניצב רכיבי השדה מתאפסים והשדה השקול‬
‫שנוצר מזוג המטענים הקטנים יהיה מכוון על ציר ‪x‬‬
‫לכיוון החיובי‪ ,‬כמתואר בתרשים‪.‬‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬

‫) ‪d E elc ( 2‬‬
‫‪x‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬
‫‪dE‬‬
‫‪ d E e lc 2  2  d E X‬‬
‫‪e lc 1‬‬
‫)‪dE elc (1‬‬

‫למעשה הטבעת מורכבת מאוסף זוגות של מטענים‬
‫נקודתים אשר כל זוג גורם לבטל את הרכיב הנציב‪.‬‬
‫בסופו של דבר יש לסכום את כל רכיבי השדות בציר ‪x‬‬

‫‪E total   dE X‬‬

‫‪x‬‬

‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫נחזור אל אותו מטען נקודתי ונמצא ביטוי לרכיב השדה‬
‫בציר ‪. X‬‬
‫‪d E e lc ( x )  d E e lc  co s ‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪dE elc‬‬

‫שדה שיוצר מטען נקודתי חיובי‬
d E e lc  K

dq
r

2

K

Q+ +

dq
x a
2

r 

2

x a
2

2

a
+


x

+

+

x

‫את קוסינוס הזווית נחשב מגיאומטריה‬
‫‪x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬

‫‪cos  ‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Q+ +‬‬

‫‪r ‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫נציב את הביטויים שקיבלנו ונמצא ביטוי לרכיב השדה‬
‫בכיוון ציר ‪ x‬שתורם אלמנט מטען אחד‪.‬‬
‫‪x‬‬

‫‪dq‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1 .5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪x‬‬

‫‪K‬‬
‫‪2‬‬

‫‪‬‬

‫‪x a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬

‫‪dq‬‬

‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫) ‪d E elc ( x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪d E e lc ( x )  K‬‬

‫עכשיו נסכום את כל רכיבי השדות‬
E total   dE elc ( x )   ( K

E total  K

x
(x  a )
2

2 1.5

dq
(x  a )
2

2 1.5

x)

dq

‫את כל הקבועים ניתן‬
‫להוציא כגורם משותף‬
Q

+
a +
+
+

E to ta l   d E e lc ( x )
x

E to ta l  K
E to ta l  K

Q

x
(x  a )
2

2 1 .5

dq

Qx

‫נשאר לסכום את‬
‫אלמנטי המטען‬
‫שסכומם נותן את‬
‫מטען הטבעת‬

(x  a )
2

+
a +
+
+

2 1 .5

E to ta l   d E e lc ( x )
x

‫קיבלנו ביטוי עבור השדה השקול שמפעילה טבעת על‬
‫ציר הסימטריה שלה‪ ,‬במרחק ‪ X‬ממישור הטבעת‪.‬‬
‫קשר זה נכון לכל ‪ , x‬חיובי או שלילי‬

‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫) ‪E to ta l   d E e lc ( x‬‬
‫‪x‬‬

‫‪2‬‬

‫‪+‬‬
‫‪a +‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪E total  K‬‬
‫‪Q‬‬

‫מתוך הקשר שקיבלנו אנו רואים שכאשר ‪x=0‬‬
‫מתקבל ‪E=0‬‬

‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪+‬‬
‫‪a +‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪Q‬‬

‫נשרטט גרף המתאר את תלות הכוח בהעתק מנש"מ‪.‬‬
‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪X‬‬

‫ניתן לראות שהפונקציה מקבלת ערך מכסימלי‪.‬‬
‫נגזור את הפונקציה כדי למצוא היכן מתקבל הכח המכסימלי‪.‬‬
‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪X‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

E K

Qx
(x  a )
2

2 1.5

Q  ( x  a )
2

E  K

2 1 .5

 x(x  a )
2

(x  a )
2

Q(x  a )
2

E  K

‫נגזרת של מנה‬

2

0 .5

2

3

(a  2 x )
2

(x  a )
2

2

2

3

2

0 .5

 3 x 

‫נשווה את הביטוי לאפס ונקבל היכן מקבלת‬
‫הפונקציה ערך מכסימלי‬
‫) ‪(a  2 x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪0‬‬

‫‪2‬‬

‫‪3‬‬

‫‪0 .5‬‬

‫) ‪Q(x  a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫) ‪(x  a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪a‬‬

‫‪2‬‬
‫‪2‬‬

‫‪‬‬

‫‪E  K‬‬
‫‪a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x ‬‬

E total  K

Qx
(x  a )
2

2 1.5

E total
x  

2

a

2
x 

2
2

a

X

‫כאשר ‪( x>>a‬אבל לא שואף לאינסוף)‪.‬‬
‫‪2‬‬

‫קיבלנו ביטוי המזכיר לנו‬
‫את השדה של מטען‬
‫נקודתי‪ ,‬כלומר במרחק‬
‫רב מהטבעת נוכל‬
‫להתייחס אליה כמטען‬
‫נקודתי "המרוכז"‬
‫במרכזה‪.‬‬

‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪Q‬‬
‫‪X‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Q‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Qx‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x a  x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪E x  a  K‬‬


Slide 20

‫נתונה טבעת מעגלית‪ ,‬בעלת רדיוס ‪ ,a‬הטעונה באופן‬
‫אחיד במטען חיובי ‪.+Q‬‬
‫מרכז הטבעת נמצאת בראשית הצירים‪.‬‬
‫ציר הסימטריה של הטבעת הינו ציר ‪.x‬‬
‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫יש לחשב את השדה החשמלי על ציר הסימטריה של‬
‫הטבעת כפונקציה של המרחק ‪ x‬ממרכז הטבעת‪.‬‬

‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫מאחר והטבעת היא לא מטען נקודתי‪ ,‬עלינו‬
‫לחלק את הטבעת ליחידות אורך קטנות מאוד‪,‬‬
‫כך שכל יחידה כזאת תחשב כמטען נקודתי‪.‬‬
‫המטען ‪ dq‬הנו‬
‫המטען ביחידת‬
‫האורך הקטנה‪.‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪Q‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫נפעיל את עיקרון הסופרפוזיציה‬
‫ונבדוק מהי תרומת השפעתו של כל אלמנט מטען ‪dq‬‬
‫על השדה במרחק ‪ x‬ממישור הטבעת‪.‬‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪d E e lc‬‬

‫עכשיו נתבונן על מטען נקודתי ‪ dq‬נוסף הנמצא בדיוק‬
‫מול המטען הראשון‪.‬‬
‫גם הוא משפיע על השדה בנקודה‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬

‫) ‪d E elc ( 2‬‬
‫‪x‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪dE elc (1‬‬

‫מאחר וגודל המטען שווה והמרחק מהנקודה שווה‪ ,‬נקבל‬
‫כי עוצמת השדה שווה מצד כל מטען‪ .‬לכן נקבל כי‬
‫בציר הניצב רכיבי השדה מתאפסים והשדה השקול‬
‫שנוצר מזוג המטענים הקטנים יהיה מכוון על ציר ‪x‬‬
‫לכיוון החיובי‪ ,‬כמתואר בתרשים‪.‬‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬

‫) ‪d E elc ( 2‬‬
‫‪x‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬
‫‪dE‬‬
‫‪ d E e lc 2  2  d E X‬‬
‫‪e lc 1‬‬
‫)‪dE elc (1‬‬

‫למעשה הטבעת מורכבת מאוסף זוגות של מטענים‬
‫נקודתים אשר כל זוג גורם לבטל את הרכיב הנציב‪.‬‬
‫בסופו של דבר יש לסכום את כל רכיבי השדות בציר ‪x‬‬

‫‪E total   dE X‬‬

‫‪x‬‬

‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫נחזור אל אותו מטען נקודתי ונמצא ביטוי לרכיב השדה‬
‫בציר ‪. X‬‬
‫‪d E e lc ( x )  d E e lc  co s ‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪dE elc‬‬

‫שדה שיוצר מטען נקודתי חיובי‬
d E e lc  K

dq
r

2

K

Q+ +

dq
x a
2

r 

2

x a
2

2

a
+


x

+

+

x

‫את קוסינוס הזווית נחשב מגיאומטריה‬
‫‪x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬

‫‪cos  ‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Q+ +‬‬

‫‪r ‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫נציב את הביטויים שקיבלנו ונמצא ביטוי לרכיב השדה‬
‫בכיוון ציר ‪ x‬שתורם אלמנט מטען אחד‪.‬‬
‫‪x‬‬

‫‪dq‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1 .5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪x‬‬

‫‪K‬‬
‫‪2‬‬

‫‪‬‬

‫‪x a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬

‫‪dq‬‬

‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫) ‪d E elc ( x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪d E e lc ( x )  K‬‬

‫עכשיו נסכום את כל רכיבי השדות‬
E total   dE elc ( x )   ( K

E total  K

x
(x  a )
2

2 1.5

dq
(x  a )
2

2 1.5

x)

dq

‫את כל הקבועים ניתן‬
‫להוציא כגורם משותף‬
Q

+
a +
+
+

E to ta l   d E e lc ( x )
x

E to ta l  K
E to ta l  K

Q

x
(x  a )
2

2 1 .5

dq

Qx

‫נשאר לסכום את‬
‫אלמנטי המטען‬
‫שסכומם נותן את‬
‫מטען הטבעת‬

(x  a )
2

+
a +
+
+

2 1 .5

E to ta l   d E e lc ( x )
x

‫קיבלנו ביטוי עבור השדה השקול שמפעילה טבעת על‬
‫ציר הסימטריה שלה‪ ,‬במרחק ‪ X‬ממישור הטבעת‪.‬‬
‫קשר זה נכון לכל ‪ , x‬חיובי או שלילי‬

‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫) ‪E to ta l   d E e lc ( x‬‬
‫‪x‬‬

‫‪2‬‬

‫‪+‬‬
‫‪a +‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪E total  K‬‬
‫‪Q‬‬

‫מתוך הקשר שקיבלנו אנו רואים שכאשר ‪x=0‬‬
‫מתקבל ‪E=0‬‬

‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪+‬‬
‫‪a +‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪Q‬‬

‫נשרטט גרף המתאר את תלות הכוח בהעתק מנש"מ‪.‬‬
‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪X‬‬

‫ניתן לראות שהפונקציה מקבלת ערך מכסימלי‪.‬‬
‫נגזור את הפונקציה כדי למצוא היכן מתקבל הכח המכסימלי‪.‬‬
‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪X‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

E K

Qx
(x  a )
2

2 1.5

Q  ( x  a )
2

E  K

2 1 .5

 x(x  a )
2

(x  a )
2

Q(x  a )
2

E  K

‫נגזרת של מנה‬

2

0 .5

2

3

(a  2 x )
2

(x  a )
2

2

2

3

2

0 .5

 3 x 

‫נשווה את הביטוי לאפס ונקבל היכן מקבלת‬
‫הפונקציה ערך מכסימלי‬
‫) ‪(a  2 x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪0‬‬

‫‪2‬‬

‫‪3‬‬

‫‪0 .5‬‬

‫) ‪Q(x  a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫) ‪(x  a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪a‬‬

‫‪2‬‬
‫‪2‬‬

‫‪‬‬

‫‪E  K‬‬
‫‪a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x ‬‬

E total  K

Qx
(x  a )
2

2 1.5

E total
x  

2

a

2
x 

2
2

a

X

‫כאשר ‪( x>>a‬אבל לא שואף לאינסוף)‪.‬‬
‫‪2‬‬

‫קיבלנו ביטוי המזכיר לנו‬
‫את השדה של מטען‬
‫נקודתי‪ ,‬כלומר במרחק‬
‫רב מהטבעת נוכל‬
‫להתייחס אליה כמטען‬
‫נקודתי "המרוכז"‬
‫במרכזה‪.‬‬

‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪Q‬‬
‫‪X‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Q‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Qx‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x a  x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪E x  a  K‬‬


Slide 21

‫נתונה טבעת מעגלית‪ ,‬בעלת רדיוס ‪ ,a‬הטעונה באופן‬
‫אחיד במטען חיובי ‪.+Q‬‬
‫מרכז הטבעת נמצאת בראשית הצירים‪.‬‬
‫ציר הסימטריה של הטבעת הינו ציר ‪.x‬‬
‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫יש לחשב את השדה החשמלי על ציר הסימטריה של‬
‫הטבעת כפונקציה של המרחק ‪ x‬ממרכז הטבעת‪.‬‬

‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫מאחר והטבעת היא לא מטען נקודתי‪ ,‬עלינו‬
‫לחלק את הטבעת ליחידות אורך קטנות מאוד‪,‬‬
‫כך שכל יחידה כזאת תחשב כמטען נקודתי‪.‬‬
‫המטען ‪ dq‬הנו‬
‫המטען ביחידת‬
‫האורך הקטנה‪.‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪Q‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫נפעיל את עיקרון הסופרפוזיציה‬
‫ונבדוק מהי תרומת השפעתו של כל אלמנט מטען ‪dq‬‬
‫על השדה במרחק ‪ x‬ממישור הטבעת‪.‬‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪d E e lc‬‬

‫עכשיו נתבונן על מטען נקודתי ‪ dq‬נוסף הנמצא בדיוק‬
‫מול המטען הראשון‪.‬‬
‫גם הוא משפיע על השדה בנקודה‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬

‫) ‪d E elc ( 2‬‬
‫‪x‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪dE elc (1‬‬

‫מאחר וגודל המטען שווה והמרחק מהנקודה שווה‪ ,‬נקבל‬
‫כי עוצמת השדה שווה מצד כל מטען‪ .‬לכן נקבל כי‬
‫בציר הניצב רכיבי השדה מתאפסים והשדה השקול‬
‫שנוצר מזוג המטענים הקטנים יהיה מכוון על ציר ‪x‬‬
‫לכיוון החיובי‪ ,‬כמתואר בתרשים‪.‬‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬

‫) ‪d E elc ( 2‬‬
‫‪x‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬
‫‪dE‬‬
‫‪ d E e lc 2  2  d E X‬‬
‫‪e lc 1‬‬
‫)‪dE elc (1‬‬

‫למעשה הטבעת מורכבת מאוסף זוגות של מטענים‬
‫נקודתים אשר כל זוג גורם לבטל את הרכיב הנציב‪.‬‬
‫בסופו של דבר יש לסכום את כל רכיבי השדות בציר ‪x‬‬

‫‪E total   dE X‬‬

‫‪x‬‬

‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫נחזור אל אותו מטען נקודתי ונמצא ביטוי לרכיב השדה‬
‫בציר ‪. X‬‬
‫‪d E e lc ( x )  d E e lc  co s ‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪dE elc‬‬

‫שדה שיוצר מטען נקודתי חיובי‬
d E e lc  K

dq
r

2

K

Q+ +

dq
x a
2

r 

2

x a
2

2

a
+


x

+

+

x

‫את קוסינוס הזווית נחשב מגיאומטריה‬
‫‪x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬

‫‪cos  ‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Q+ +‬‬

‫‪r ‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫נציב את הביטויים שקיבלנו ונמצא ביטוי לרכיב השדה‬
‫בכיוון ציר ‪ x‬שתורם אלמנט מטען אחד‪.‬‬
‫‪x‬‬

‫‪dq‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1 .5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪x‬‬

‫‪K‬‬
‫‪2‬‬

‫‪‬‬

‫‪x a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬

‫‪dq‬‬

‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫) ‪d E elc ( x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪d E e lc ( x )  K‬‬

‫עכשיו נסכום את כל רכיבי השדות‬
E total   dE elc ( x )   ( K

E total  K

x
(x  a )
2

2 1.5

dq
(x  a )
2

2 1.5

x)

dq

‫את כל הקבועים ניתן‬
‫להוציא כגורם משותף‬
Q

+
a +
+
+

E to ta l   d E e lc ( x )
x

E to ta l  K
E to ta l  K

Q

x
(x  a )
2

2 1 .5

dq

Qx

‫נשאר לסכום את‬
‫אלמנטי המטען‬
‫שסכומם נותן את‬
‫מטען הטבעת‬

(x  a )
2

+
a +
+
+

2 1 .5

E to ta l   d E e lc ( x )
x

‫קיבלנו ביטוי עבור השדה השקול שמפעילה טבעת על‬
‫ציר הסימטריה שלה‪ ,‬במרחק ‪ X‬ממישור הטבעת‪.‬‬
‫קשר זה נכון לכל ‪ , x‬חיובי או שלילי‬

‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫) ‪E to ta l   d E e lc ( x‬‬
‫‪x‬‬

‫‪2‬‬

‫‪+‬‬
‫‪a +‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪E total  K‬‬
‫‪Q‬‬

‫מתוך הקשר שקיבלנו אנו רואים שכאשר ‪x=0‬‬
‫מתקבל ‪E=0‬‬

‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪+‬‬
‫‪a +‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪Q‬‬

‫נשרטט גרף המתאר את תלות הכוח בהעתק מנש"מ‪.‬‬
‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪X‬‬

‫ניתן לראות שהפונקציה מקבלת ערך מכסימלי‪.‬‬
‫נגזור את הפונקציה כדי למצוא היכן מתקבל הכח המכסימלי‪.‬‬
‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪X‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

E K

Qx
(x  a )
2

2 1.5

Q  ( x  a )
2

E  K

2 1 .5

 x(x  a )
2

(x  a )
2

Q(x  a )
2

E  K

‫נגזרת של מנה‬

2

0 .5

2

3

(a  2 x )
2

(x  a )
2

2

2

3

2

0 .5

 3 x 

‫נשווה את הביטוי לאפס ונקבל היכן מקבלת‬
‫הפונקציה ערך מכסימלי‬
‫) ‪(a  2 x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪0‬‬

‫‪2‬‬

‫‪3‬‬

‫‪0 .5‬‬

‫) ‪Q(x  a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫) ‪(x  a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪a‬‬

‫‪2‬‬
‫‪2‬‬

‫‪‬‬

‫‪E  K‬‬
‫‪a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x ‬‬

E total  K

Qx
(x  a )
2

2 1.5

E total
x  

2

a

2
x 

2
2

a

X

‫כאשר ‪( x>>a‬אבל לא שואף לאינסוף)‪.‬‬
‫‪2‬‬

‫קיבלנו ביטוי המזכיר לנו‬
‫את השדה של מטען‬
‫נקודתי‪ ,‬כלומר במרחק‬
‫רב מהטבעת נוכל‬
‫להתייחס אליה כמטען‬
‫נקודתי "המרוכז"‬
‫במרכזה‪.‬‬

‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪Q‬‬
‫‪X‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Q‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Qx‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x a  x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪E x  a  K‬‬


Slide 22

‫נתונה טבעת מעגלית‪ ,‬בעלת רדיוס ‪ ,a‬הטעונה באופן‬
‫אחיד במטען חיובי ‪.+Q‬‬
‫מרכז הטבעת נמצאת בראשית הצירים‪.‬‬
‫ציר הסימטריה של הטבעת הינו ציר ‪.x‬‬
‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫יש לחשב את השדה החשמלי על ציר הסימטריה של‬
‫הטבעת כפונקציה של המרחק ‪ x‬ממרכז הטבעת‪.‬‬

‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫מאחר והטבעת היא לא מטען נקודתי‪ ,‬עלינו‬
‫לחלק את הטבעת ליחידות אורך קטנות מאוד‪,‬‬
‫כך שכל יחידה כזאת תחשב כמטען נקודתי‪.‬‬
‫המטען ‪ dq‬הנו‬
‫המטען ביחידת‬
‫האורך הקטנה‪.‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪Q‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫נפעיל את עיקרון הסופרפוזיציה‬
‫ונבדוק מהי תרומת השפעתו של כל אלמנט מטען ‪dq‬‬
‫על השדה במרחק ‪ x‬ממישור הטבעת‪.‬‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪d E e lc‬‬

‫עכשיו נתבונן על מטען נקודתי ‪ dq‬נוסף הנמצא בדיוק‬
‫מול המטען הראשון‪.‬‬
‫גם הוא משפיע על השדה בנקודה‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬

‫) ‪d E elc ( 2‬‬
‫‪x‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪dE elc (1‬‬

‫מאחר וגודל המטען שווה והמרחק מהנקודה שווה‪ ,‬נקבל‬
‫כי עוצמת השדה שווה מצד כל מטען‪ .‬לכן נקבל כי‬
‫בציר הניצב רכיבי השדה מתאפסים והשדה השקול‬
‫שנוצר מזוג המטענים הקטנים יהיה מכוון על ציר ‪x‬‬
‫לכיוון החיובי‪ ,‬כמתואר בתרשים‪.‬‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬

‫) ‪d E elc ( 2‬‬
‫‪x‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬
‫‪dE‬‬
‫‪ d E e lc 2  2  d E X‬‬
‫‪e lc 1‬‬
‫)‪dE elc (1‬‬

‫למעשה הטבעת מורכבת מאוסף זוגות של מטענים‬
‫נקודתים אשר כל זוג גורם לבטל את הרכיב הנציב‪.‬‬
‫בסופו של דבר יש לסכום את כל רכיבי השדות בציר ‪x‬‬

‫‪E total   dE X‬‬

‫‪x‬‬

‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫נחזור אל אותו מטען נקודתי ונמצא ביטוי לרכיב השדה‬
‫בציר ‪. X‬‬
‫‪d E e lc ( x )  d E e lc  co s ‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪dE elc‬‬

‫שדה שיוצר מטען נקודתי חיובי‬
d E e lc  K

dq
r

2

K

Q+ +

dq
x a
2

r 

2

x a
2

2

a
+


x

+

+

x

‫את קוסינוס הזווית נחשב מגיאומטריה‬
‫‪x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬

‫‪cos  ‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Q+ +‬‬

‫‪r ‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫נציב את הביטויים שקיבלנו ונמצא ביטוי לרכיב השדה‬
‫בכיוון ציר ‪ x‬שתורם אלמנט מטען אחד‪.‬‬
‫‪x‬‬

‫‪dq‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1 .5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪x‬‬

‫‪K‬‬
‫‪2‬‬

‫‪‬‬

‫‪x a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬

‫‪dq‬‬

‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫) ‪d E elc ( x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪d E e lc ( x )  K‬‬

‫עכשיו נסכום את כל רכיבי השדות‬
E total   dE elc ( x )   ( K

E total  K

x
(x  a )
2

2 1.5

dq
(x  a )
2

2 1.5

x)

dq

‫את כל הקבועים ניתן‬
‫להוציא כגורם משותף‬
Q

+
a +
+
+

E to ta l   d E e lc ( x )
x

E to ta l  K
E to ta l  K

Q

x
(x  a )
2

2 1 .5

dq

Qx

‫נשאר לסכום את‬
‫אלמנטי המטען‬
‫שסכומם נותן את‬
‫מטען הטבעת‬

(x  a )
2

+
a +
+
+

2 1 .5

E to ta l   d E e lc ( x )
x

‫קיבלנו ביטוי עבור השדה השקול שמפעילה טבעת על‬
‫ציר הסימטריה שלה‪ ,‬במרחק ‪ X‬ממישור הטבעת‪.‬‬
‫קשר זה נכון לכל ‪ , x‬חיובי או שלילי‬

‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫) ‪E to ta l   d E e lc ( x‬‬
‫‪x‬‬

‫‪2‬‬

‫‪+‬‬
‫‪a +‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪E total  K‬‬
‫‪Q‬‬

‫מתוך הקשר שקיבלנו אנו רואים שכאשר ‪x=0‬‬
‫מתקבל ‪E=0‬‬

‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪+‬‬
‫‪a +‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪Q‬‬

‫נשרטט גרף המתאר את תלות הכוח בהעתק מנש"מ‪.‬‬
‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪X‬‬

‫ניתן לראות שהפונקציה מקבלת ערך מכסימלי‪.‬‬
‫נגזור את הפונקציה כדי למצוא היכן מתקבל הכח המכסימלי‪.‬‬
‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪X‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

E K

Qx
(x  a )
2

2 1.5

Q  ( x  a )
2

E  K

2 1 .5

 x(x  a )
2

(x  a )
2

Q(x  a )
2

E  K

‫נגזרת של מנה‬

2

0 .5

2

3

(a  2 x )
2

(x  a )
2

2

2

3

2

0 .5

 3 x 

‫נשווה את הביטוי לאפס ונקבל היכן מקבלת‬
‫הפונקציה ערך מכסימלי‬
‫) ‪(a  2 x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪0‬‬

‫‪2‬‬

‫‪3‬‬

‫‪0 .5‬‬

‫) ‪Q(x  a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫) ‪(x  a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪a‬‬

‫‪2‬‬
‫‪2‬‬

‫‪‬‬

‫‪E  K‬‬
‫‪a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x ‬‬

E total  K

Qx
(x  a )
2

2 1.5

E total
x  

2

a

2
x 

2
2

a

X

‫כאשר ‪( x>>a‬אבל לא שואף לאינסוף)‪.‬‬
‫‪2‬‬

‫קיבלנו ביטוי המזכיר לנו‬
‫את השדה של מטען‬
‫נקודתי‪ ,‬כלומר במרחק‬
‫רב מהטבעת נוכל‬
‫להתייחס אליה כמטען‬
‫נקודתי "המרוכז"‬
‫במרכזה‪.‬‬

‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪Q‬‬
‫‪X‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Q‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Qx‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x a  x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪E x  a  K‬‬


Slide 23

‫נתונה טבעת מעגלית‪ ,‬בעלת רדיוס ‪ ,a‬הטעונה באופן‬
‫אחיד במטען חיובי ‪.+Q‬‬
‫מרכז הטבעת נמצאת בראשית הצירים‪.‬‬
‫ציר הסימטריה של הטבעת הינו ציר ‪.x‬‬
‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫יש לחשב את השדה החשמלי על ציר הסימטריה של‬
‫הטבעת כפונקציה של המרחק ‪ x‬ממרכז הטבעת‪.‬‬

‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫מאחר והטבעת היא לא מטען נקודתי‪ ,‬עלינו‬
‫לחלק את הטבעת ליחידות אורך קטנות מאוד‪,‬‬
‫כך שכל יחידה כזאת תחשב כמטען נקודתי‪.‬‬
‫המטען ‪ dq‬הנו‬
‫המטען ביחידת‬
‫האורך הקטנה‪.‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪Q‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫נפעיל את עיקרון הסופרפוזיציה‬
‫ונבדוק מהי תרומת השפעתו של כל אלמנט מטען ‪dq‬‬
‫על השדה במרחק ‪ x‬ממישור הטבעת‪.‬‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪d E e lc‬‬

‫עכשיו נתבונן על מטען נקודתי ‪ dq‬נוסף הנמצא בדיוק‬
‫מול המטען הראשון‪.‬‬
‫גם הוא משפיע על השדה בנקודה‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬

‫) ‪d E elc ( 2‬‬
‫‪x‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫)‪dE elc (1‬‬

‫מאחר וגודל המטען שווה והמרחק מהנקודה שווה‪ ,‬נקבל‬
‫כי עוצמת השדה שווה מצד כל מטען‪ .‬לכן נקבל כי‬
‫בציר הניצב רכיבי השדה מתאפסים והשדה השקול‬
‫שנוצר מזוג המטענים הקטנים יהיה מכוון על ציר ‪x‬‬
‫לכיוון החיובי‪ ,‬כמתואר בתרשים‪.‬‬
‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬

‫) ‪d E elc ( 2‬‬
‫‪x‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬
‫‪dE‬‬
‫‪ d E e lc 2  2  d E X‬‬
‫‪e lc 1‬‬
‫)‪dE elc (1‬‬

‫למעשה הטבעת מורכבת מאוסף זוגות של מטענים‬
‫נקודתים אשר כל זוג גורם לבטל את הרכיב הנציב‪.‬‬
‫בסופו של דבר יש לסכום את כל רכיבי השדות בציר ‪x‬‬

‫‪E total   dE X‬‬

‫‪x‬‬

‫‪Q+‬‬
‫‪a‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫נחזור אל אותו מטען נקודתי ונמצא ביטוי לרכיב השדה‬
‫בציר ‪. X‬‬
‫‪d E e lc ( x )  d E e lc  co s ‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪+‬‬

‫‪dE elc‬‬

‫שדה שיוצר מטען נקודתי חיובי‬
d E e lc  K

dq
r

2

K

Q+ +

dq
x a
2

r 

2

x a
2

2

a
+


x

+

+

x

‫את קוסינוס הזווית נחשב מגיאומטריה‬
‫‪x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬

‫‪cos  ‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Q+ +‬‬

‫‪r ‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬

‫נציב את הביטויים שקיבלנו ונמצא ביטוי לרכיב השדה‬
‫בכיוון ציר ‪ x‬שתורם אלמנט מטען אחד‪.‬‬
‫‪x‬‬

‫‪dq‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1 .5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪x‬‬

‫‪K‬‬
‫‪2‬‬

‫‪‬‬

‫‪x a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪dq‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x a‬‬

‫‪dq‬‬

‫‪Q+ +‬‬
‫‪a‬‬

‫‪‬‬
‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫) ‪d E elc ( x‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪d E e lc ( x )  K‬‬

‫עכשיו נסכום את כל רכיבי השדות‬
E total   dE elc ( x )   ( K

E total  K

x
(x  a )
2

2 1.5

dq
(x  a )
2

2 1.5

x)

dq

‫את כל הקבועים ניתן‬
‫להוציא כגורם משותף‬
Q

+
a +
+
+

E to ta l   d E e lc ( x )
x

E to ta l  K
E to ta l  K

Q

x
(x  a )
2

2 1 .5

dq

Qx

‫נשאר לסכום את‬
‫אלמנטי המטען‬
‫שסכומם נותן את‬
‫מטען הטבעת‬

(x  a )
2

+
a +
+
+

2 1 .5

E to ta l   d E e lc ( x )
x

‫קיבלנו ביטוי עבור השדה השקול שמפעילה טבעת על‬
‫ציר הסימטריה שלה‪ ,‬במרחק ‪ X‬ממישור הטבעת‪.‬‬
‫קשר זה נכון לכל ‪ , x‬חיובי או שלילי‬

‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫) ‪E to ta l   d E e lc ( x‬‬
‫‪x‬‬

‫‪2‬‬

‫‪+‬‬
‫‪a +‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪E total  K‬‬
‫‪Q‬‬

‫מתוך הקשר שקיבלנו אנו רואים שכאשר ‪x=0‬‬
‫מתקבל ‪E=0‬‬

‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪+‬‬
‫‪a +‬‬

‫‪x‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪Q‬‬

‫נשרטט גרף המתאר את תלות הכוח בהעתק מנש"מ‪.‬‬
‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪X‬‬

‫ניתן לראות שהפונקציה מקבלת ערך מכסימלי‪.‬‬
‫נגזור את הפונקציה כדי למצוא היכן מתקבל הכח המכסימלי‪.‬‬
‫‪Qx‬‬
‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪X‬‬

‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

E K

Qx
(x  a )
2

2 1.5

Q  ( x  a )
2

E  K

2 1 .5

 x(x  a )
2

(x  a )
2

Q(x  a )
2

E  K

‫נגזרת של מנה‬

2

0 .5

2

3

(a  2 x )
2

(x  a )
2

2

2

3

2

0 .5

 3 x 

‫נשווה את הביטוי לאפס ונקבל היכן מקבלת‬
‫הפונקציה ערך מכסימלי‬
‫) ‪(a  2 x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪0‬‬

‫‪2‬‬

‫‪3‬‬

‫‪0 .5‬‬

‫) ‪Q(x  a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫) ‪(x  a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪2‬‬

‫‪a‬‬

‫‪2‬‬
‫‪2‬‬

‫‪‬‬

‫‪E  K‬‬
‫‪a‬‬
‫‪2‬‬

‫‪x ‬‬

E total  K

Qx
(x  a )
2

2 1.5

E total
x  

2

a

2
x 

2
2

a

X

‫כאשר ‪( x>>a‬אבל לא שואף לאינסוף)‪.‬‬
‫‪2‬‬

‫קיבלנו ביטוי המזכיר לנו‬
‫את השדה של מטען‬
‫נקודתי‪ ,‬כלומר במרחק‬
‫רב מהטבעת נוכל‬
‫להתייחס אליה כמטען‬
‫נקודתי "המרוכז"‬
‫במרכזה‪.‬‬

‫) ‪(x  a‬‬

‫‪2 1.5‬‬

‫‪2‬‬

‫‪+‬‬

‫‪x‬‬

‫‪E total‬‬

‫‪Q‬‬
‫‪X‬‬

‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Q‬‬

‫‪a‬‬
‫‪+‬‬

‫‪2‬‬

‫‪Qx‬‬

‫‪+‬‬
‫‪+‬‬

‫‪x a  x‬‬
‫‪2‬‬

‫‪E total  K‬‬

‫‪E x  a  K‬‬