Ularda qanday ayblovlar bor? O'xshash zaryadlar bir-birini qaytaradimi yoki ular hali ham uchinchisiga tortiladimi? Yagona davlat imtihon kodifikatorining mavzulari: jismlarni elektrlashtirish, zaryadlarning o'zaro ta'siri, zaryadning ikki turi, elektr zaryadining saqlanish qonuni.

« Fizika - 10-sinf"

Birinchidan, elektr zaryadlangan jismlar tinch holatda bo'lgan eng oddiy holatni ko'rib chiqaylik.

Elektrodinamikaning elektr zaryadlangan jismlarning muvozanat sharoitlarini o'rganishga bag'ishlangan bo'limi deyiladi. elektrostatika.

Elektr zaryadi nima?
Qanday to'lovlar bor?

So'zlar bilan elektr, elektr zaryadi, elektr toki Siz ko'p marta uchrashgansiz va ularga ko'nikishga muvaffaq bo'lgansiz. Ammo savolga javob berishga harakat qiling: "Elektr zaryadi nima?" Kontseptsiyaning o'zi zaryad- bu bizning bilimlarimiz rivojlanishining hozirgi darajasida oddiyroq, elementar tushunchalarga tushirib bo'lmaydigan asosiy, birlamchi tushunchadir.

Keling, avvalo, "Bu jism yoki zarracha elektr zaryadiga ega" degan gap nimani anglatishini aniqlashga harakat qilaylik.

Barcha jismlar eng kichik zarrachalardan qurilgan bo'lib, ular oddiyroqlarga bo'linmaydi va shuning uchun deyiladi boshlang'ich.

Elementar zarralar massaga ega va shuning uchun ular qonunga muvofiq bir-biriga tortiladi universal tortishish. Zarrachalar orasidagi masofa oshgani sayin tortishish kuchi bu masofaning kvadratiga teskari mutanosib ravishda kamayadi. Ko'pgina elementar zarralar, garchi hammasi bo'lmasa ham, bir-biri bilan masofa kvadratiga teskari proportsional ravishda kamayadigan kuch bilan ta'sir qilish qobiliyatiga ega, ammo bu kuch tortishish kuchidan ko'p marta kattaroqdir.

Shunday qilib, 14.1-rasmda sxematik ko'rsatilgan vodorod atomida elektron yadroga (proton) tortishish kuchidan 10 39 marta kattaroq kuch bilan tortiladi.

Agar zarralar bir-biri bilan umumiy tortishish kuchlari kabi masofaning ortishi bilan kamayib boruvchi kuchlar bilan o'zaro ta'sir qilsa, lekin tortishish kuchlaridan ko'p marta oshsa, bu zarralar elektr zaryadiga ega deyiladi. Zarrachalarning o'zi deyiladi zaryadlangan.

Elektr zaryadsiz zarralar bor, lekin zarrasiz elektr zaryadi yo'q.

Zaryadlangan zarralarning o'zaro ta'siri deyiladi elektromagnit.

Elektr zaryadi elektromagnit o'zaro ta'sirlarning intensivligini aniqlaydi, xuddi massa intensivlikni belgilaydi gravitatsion o'zaro ta'sirlar.

Elementar zarrachaning elektr zaryadi zarrachadagi maxsus mexanizm emas, uni undan olib tashlash, uning tarkibiy qismlariga parchalash va qayta yig'ish mumkin. Elektron va boshqa zarrachalarda elektr zaryadining mavjudligi faqat ular o'rtasida ma'lum kuchlarning o'zaro ta'siri mavjudligini anglatadi.

Agar biz ushbu o'zaro ta'sirlarning qonunlarini bilmasak, aslida biz zaryad haqida hech narsa bilmaymiz. O'zaro ta'sir qonunlari haqidagi bilimlar zaryad haqidagi g'oyalarimizga kiritilishi kerak. Bu qonunlar oddiy emas va ularni bir necha so'z bilan ta'riflab bo'lmaydi. Shuning uchun etarli darajada qoniqarli berish mumkin emas qisqa ta'rif tushuncha elektr zaryadi.

Elektr zaryadlarining ikkita belgisi.

Barcha jismlarning massasi bor va shuning uchun bir-birini tortadi. Zaryadlangan jismlar bir-birini ham tortadi, ham qaytara oladi. Sizga tanish bo'lgan bu eng muhim fakt tabiatda qarama-qarshi belgilarning elektr zaryadlari bo'lgan zarralar mavjudligini anglatadi; bir xil ishorali zaryadlarda zarrachalar itaradi, har xil belgilarda esa tortadi.

Elementar zarrachalar zaryadi - protonlar, barcha atom yadrolarining bir qismi bo'lgan, musbat va zaryad deb ataladi elektronlar- salbiy. Ijobiy va manfiy zaryadlar o'rtasida ichki farqlar yo'q. Agar zarracha zaryadlarining belgilari teskari bo'lsa, elektromagnit o'zaro ta'sirlarning tabiati umuman o'zgarmas edi.

Elementar zaryad.

Elektron va protonlardan tashqari, zaryadlangan elementar zarralarning yana bir qancha turlari mavjud. Lekin faqat elektronlar va protonlar cheksiz erkin holatda bo'lishi mumkin. Qolgan zaryadlangan zarralar soniyaning milliondan bir qismidan kamroq yashaydi. Ular tez elementar zarralarning to'qnashuvi paytida tug'iladi va juda qisqa vaqt davomida mavjud bo'lib, parchalanib, boshqa zarrachalarga aylanadi. Siz bu zarralar bilan 11-sinfda tanishasiz.

Elektr zaryadiga ega bo'lmagan zarrachalarga kiradi neytron. Uning massasi protonning massasidan biroz kattaroqdir. Neytronlar protonlar bilan birgalikda atom yadrosining bir qismidir. Agar elementar zarracha zaryadga ega bo'lsa, unda uning qiymati qat'iy belgilangan.

Zaryadlangan jismlar Tabiatdagi elektromagnit kuchlar juda katta rol o'ynaydi, chunki barcha jismlarda elektr zaryadlangan zarralar mavjud. Atomlarning tarkibiy qismlari - yadrolar va elektronlar elektr zaryadiga ega.

Jismlar orasidagi elektromagnit kuchlarning to'g'ridan-to'g'ri ta'siri aniqlanmaydi, chunki normal holatdagi jismlar elektr neytraldir.

Har qanday moddaning atomi neytral hisoblanadi, chunki undagi elektronlar soni yadrodagi protonlar soniga teng. Ijobiy va manfiy zaryadlangan zarralar bir-biri bilan elektr kuchlari bilan bog'lanadi va neytral tizimlarni hosil qiladi.

Makroskopik jism, agar u har qanday zaryad belgisiga ega elementar zarrachalarning ortiqcha miqdorini o'z ichiga olsa, elektr zaryadlangan hisoblanadi. Shunday qilib, jismning manfiy zaryadi protonlar soniga nisbatan elektronlar sonining ko'pligi, musbat zaryad esa elektronlarning etishmasligi bilan bog'liq.

Elektr zaryadlangan makroskopik jismni olish, ya'ni uni elektrlashtirish uchun manfiy zaryadning bir qismini u bilan bog'langan musbat zaryaddan ajratish yoki manfiy zaryadni neytral jismga o'tkazish kerak.

Bu ishqalanish yordamida amalga oshirilishi mumkin. Agar siz quruq sochlar orqali taroq bilan o'tkazsangiz, u holda eng mobil zaryadlangan zarrachalarning kichik bir qismi - elektronlar sochdan taroqqa o'tadi va uni salbiy zaryad qiladi va sochlar ijobiy zaryadlanadi.

Elektrlashtirish jarayonida to'lovlarning tengligi

Tajriba yordamida shuni isbotlash mumkinki, ishqalanish natijasida elektrlashtirilganda ikkala jism ham ishorasi qarama-qarshi, lekin kattaligi bir xil bo'lgan zaryadlarni oladi.

Keling, elektrometrni olaylik, uning tayog'ida teshikli metall shar va uzun tutqichlarda ikkita plastinka bor: biri qattiq kauchukdan, ikkinchisi pleksiglasdan qilingan. Bir-biriga ishqalanganda, plitalar elektrlashtiriladi.

Plitalardan birini sfera ichiga uning devorlariga tegmasdan olib kelamiz. Agar plastinka musbat zaryadlangan bo'lsa, u holda elektrometrning igna va tayog'idagi elektronlarning bir qismi plastinkaga tortiladi va sharning ichki yuzasida to'planadi. Shu bilan birga, o'q musbat zaryadlanadi va elektrometr tayog'idan uzoqlashtiriladi (14.2-rasm, a).

Agar siz shar ichiga boshqa plastinka olib kirsangiz, birinchisini olib tashlasangiz, shar va novda elektronlari plastinkadan qaytariladi va o'qda ortiqcha to'planadi. Bu o'qning tayoqdan chetlanishiga olib keladi va birinchi tajribadagi kabi burchak ostida.

Ikkala plitani sharning ichiga tushirib, biz o'qning hech qanday og'ishini aniqlamaymiz (14.2-rasm, b). Bu plitalarning zaryadlari kattalik jihatidan teng va ishoraga qarama-qarshi ekanligini isbotlaydi.

Jismlarni elektrlashtirish va uning namoyon bo'lishi. Sintetik matolarning ishqalanishi paytida sezilarli elektrifikatsiya sodir bo'ladi. Quruq havoda sintetik materialdan tikilgan ko'ylakni yechsangiz, xarakterli chirsillash tovushini eshitishingiz mumkin. Kichik uchqunlar ishqalanish yuzalarining zaryadlangan joylari orasidan sakrab chiqadi.

Bosmaxonalarda qog'oz bosib chiqarish vaqtida elektrlashtiriladi va varaqlar bir-biriga yopishadi. Buning oldini olish uchun zaryadni to'kish uchun maxsus qurilmalar qo'llaniladi. Biroq, ba'zida yaqin aloqada bo'lgan jismlarni elektrlashtirish, masalan, turli xil elektrokopiya qurilmalarida va hokazolarda qo'llaniladi.

Elektr zaryadining saqlanish qonuni.

Plitalarni elektrlashtirish tajribasi shuni ko'rsatadiki, ishqalanish orqali elektrlashtirish jarayonida ilgari neytral bo'lgan jismlar o'rtasida mavjud zaryadlarning qayta taqsimlanishi sodir bo'ladi. Elektronlarning kichik bir qismi bir tanadan ikkinchisiga o'tadi. Bunday holda, yangi zarralar paydo bo'lmaydi va oldindan mavjud bo'lganlar yo'qolmaydi.

Jismlar elektrlashtirilganda, elektr zaryadining saqlanish qonuni. Bu qonun zaryadlangan zarralar tashqaridan kirmaydigan va undan chiqmaydigan tizim uchun amal qiladi, ya'ni. izolyatsiya qilingan tizim.

Izolyatsiya qilingan tizimda barcha jismlar zaryadlarining algebraik yig'indisi saqlanadi.

q 1 + q 2 + q 3 + ... + q n = const. (14.1)

bu yerda q 1, q 2 va boshqalar alohida zaryadlangan jismlarning zaryadlari.

Zaryadning saqlanish qonuni mavjud chuqur ma'no. Agar zaryadlangan elementar zarrachalar soni o'zgarmasa, u holda zaryadning saqlanish qonunining bajarilishi aniq. Ammo elementar zarralar bir-biriga o'zgarishi, tug'ilishi va yo'q bo'lib ketishi, yangi zarralarga hayot berishi mumkin.

Biroq, barcha holatlarda zaryadlangan zarralar faqat bir xil kattalikdagi va qarama-qarshi ishorali zaryadli juft bo'lib tug'iladi; Zaryadlangan zarralar ham faqat juft bo'lib yo'qolib, neytralga aylanadi. Va bu barcha holatlarda to'lovlarning algebraik yig'indisi bir xil bo'lib qoladi.

Zaryadning saqlanish qonunining to'g'riligi elementar zarrachalarning ko'p sonli o'zgarishlarini kuzatish bilan tasdiqlanadi. Ushbu qonun eng ko'plaridan birini ifodalaydi asosiy xususiyatlar elektr zaryadi. Zaryadning saqlanib qolishi sababi hozircha noma'lum.

Elektrotexnika bo'yicha referat

To'ldiruvchi: Agafonov Roman

Luga agrosanoat kolleji

Har tomonlama qoniqarli bo'lgan to'lovga qisqacha ta'rif berish mumkin emas. Biz atom, suyuq kristallar, molekulalarning tezlik bo'yicha taqsimlanishi va boshqalar kabi juda murakkab shakllanishlar va jarayonlar uchun tushunarli tushuntirishlarni topishga odatlanganmiz. Ammo bugungi kunda fanga ko'ra, hech qanday ichki mexanizmdan mahrum bo'lgan eng asosiy, oddiy tushunchalarga bo'linmaydigan asosiy tushunchalarni endi qoniqarli tarzda qisqacha tushuntirib bo'lmaydi. Ayniqsa, agar ob'ektlar bizning hislarimiz tomonidan bevosita idrok etilmasa. Elektr zaryadi aynan mana shu asosiy tushunchalarni nazarda tutadi.

Keling, birinchi navbatda elektr zaryadi nima ekanligini emas, balki bayonotning orqasida nima yashiringanligini aniqlashga harakat qilaylik: bu jism yoki zarracha elektr zaryadiga ega.

Bilasizki, barcha jismlar oddiyroq (hozirgi fanga ma'lum) zarrachalarga bo'linmaydigan mayda zarrachalardan qurilgan, shuning uchun ular elementar deb ataladi. Barcha elementar zarralar massaga ega va shuning uchun ular bir-biriga tortiladi. Umumjahon tortishish qonuniga ko'ra, tortishish kuchi ular orasidagi masofa oshgani sayin nisbatan sekin kamayadi: masofa kvadratiga teskari proportsionaldir. Bundan tashqari, ko'pchilik elementar zarralar, garchi hammasi bo'lmasa ham, bir-biri bilan masofa kvadratiga teskari mutanosib ravishda kamayadigan kuch bilan ta'sir o'tkazish qobiliyatiga ega, ammo bu kuch tortishish kuchidan juda ko'p marta kattaroqdir. . Shunday qilib, 1-rasmda sxematik ko'rsatilgan vodorod atomida elektron yadroga (proton) tortishish kuchidan 1039 marta kattaroq kuch bilan tortiladi.

Agar zarralar bir-biri bilan masofa oshgani sayin sekin kamayib boruvchi va tortishish kuchlaridan koʻp marta koʻp boʻlgan kuchlar bilan oʻzaro taʼsir qilsa, bu zarralar elektr zaryadiga ega deyiladi. Zarrachalarning o'zi zaryadlangan deb ataladi. Elektr zaryadsiz zarralar bor, lekin zarrasiz elektr zaryadi yo'q.

Zaryadlangan zarralar orasidagi o'zaro ta'sirga elektromagnit deyiladi. Elektronlar va protonlar elektr zaryadlangan deb aytsak, bu ularning ma'lum bir turdagi (elektromagnit) o'zaro ta'sir qilish qobiliyatiga ega ekanligini anglatadi va boshqa hech narsa emas. Zarrachalarda zaryadning yo'qligi uning bunday o'zaro ta'sirlarni aniqlamasligini anglatadi. Elektr zaryadi elektromagnit o'zaro ta'sirlarning intensivligini aniqlaydi, xuddi massa gravitatsiyaviy o'zaro ta'sirlarning intensivligini aniqlaydi. Elektr zaryadi elementar zarralarning ikkinchi (massadan keyin) eng muhim xarakteristikasi bo'lib, ularning atrofdagi olamdagi xatti-harakatlarini belgilaydi.

Shunday qilib

Elektr zaryadi - bu zarralar yoki jismlarning elektromagnit kuchlarning o'zaro ta'siriga kirishish xususiyatini tavsiflovchi fizik skaler miqdor.

Elektr zaryadi q yoki Q harflari bilan ifodalanadi.

Mexanikada ko'pincha moddiy nuqta tushunchasi qo'llaniladi, bu ko'plab muammolarni hal qilishni sezilarli darajada soddalashtirishga imkon beradi, zaryadlarning o'zaro ta'sirini o'rganishda nuqtaviy zaryad g'oyasi samarali bo'ladi. Nuqtaviy zaryad - bu o'lchamlari bu jismdan kuzatuv nuqtasi va boshqa zaryadlangan jismlargacha bo'lgan masofadan sezilarli darajada kichik bo'lgan zaryadlangan jism. Xususan, agar ular ikkita nuqta zaryadining o'zaro ta'siri haqida gapiradigan bo'lsa, unda ular ko'rib chiqilayotgan ikkita zaryadlangan jismlar orasidagi masofa ularning chiziqli o'lchamlaridan sezilarli darajada kattaroq deb taxmin qilishadi.

Elementar zarrachaning elektr zaryadi zarrachadagi maxsus "mexanizm" emas, uni undan olib tashlash, uning tarkibiy qismlariga parchalash va qayta yig'ish mumkin. Elektron va boshqa zarrachalarda elektr zaryadining mavjudligi faqat ular o'rtasida ma'lum o'zaro ta'sirlarning mavjudligini anglatadi.

Tabiatda qarama-qarshi ishorali zaryadli zarralar mavjud. Protonning zaryadi musbat, elektronning zaryadi esa manfiy deyiladi. Zarrachadagi zaryadning ijobiy belgisi uning alohida afzalliklarga ega ekanligini anglatmaydi, albatta. Ikki belgili zaryadlarning kiritilishi, zaryadlangan zarralar ham tortishi, ham qaytara olishi haqiqatini ifodalaydi. Zaryad belgilari bir xil bo'lsa, zarralar itaradi, zaryad belgilari boshqacha bo'lsa, ular tortadi.

Ikki turdagi elektr zaryadlarining mavjudligi sabablari haqida hozircha hech qanday izoh yo'q. Har holda, ijobiy va salbiy zaryadlar o'rtasida hech qanday asosiy farqlar topilmaydi. Agar zarrachalarning elektr zaryadlarining belgilari teskari tomonga o'zgargan bo'lsa, tabiatdagi elektromagnit o'zaro ta'sirlarning tabiati o'zgarmas edi.

Koinotda musbat va manfiy zaryadlar juda yaxshi muvozanatlashgan. Va agar koinot chekli bo'lsa, unda uning umumiy elektr zaryadi, ehtimol, nolga teng.

Eng hayratlanarlisi shundaki, barcha elementar zarrachalarning elektr zaryadi kattaligi jihatidan bir xil. Barcha zaryadlangan elementar zarralar ega bo'lgan elementar deb ataladigan minimal zaryad mavjud. Zaryad proton kabi ijobiy yoki elektron kabi manfiy bo'lishi mumkin, ammo zaryad moduli barcha holatlarda bir xil bo'ladi.

Zaryadning bir qismini, masalan, elektrondan ajratish mumkin emas. Bu, ehtimol, eng hayratlanarli narsa. Hech bir zamonaviy nazariya nima uchun barcha zarrachalarning zaryadlari bir xil ekanligini tushuntira olmaydi va minimal elektr zaryadining qiymatini hisoblay olmaydi. Turli tajribalar yordamida eksperimental tarzda aniqlanadi.

1960-yillarda yangi kashf etilgan elementar zarralar soni qoʻrqinchli darajada oʻsa boshlagandan soʻng, barcha kuchli oʻzaro taʼsir qiluvchi zarrachalar kompozit boʻladi, degan faraz ilgari surildi. Ko'proq asosiy zarralar kvarklar deb atalgan. Ajablanarlisi shundaki, kvarklar kasr elektr zaryadiga ega bo'lishi kerak: elementar zaryadning 1/3 va 2/3 qismi. Proton va neytronlarni qurish uchun ikki turdagi kvark etarli. Va ularning maksimal soni, aftidan, oltidan oshmaydi.

Zaryadning muqarrar ravishda oqishi tufayli uzunlik etaloniga - metrga o'xshash elektr zaryad birligining makroskopik etalonini yaratish mumkin emas. Elektronning zaryadini bitta deb qabul qilish tabiiy bo'lar edi (bu endi atom fizikasida amalga oshiriladi). Ammo Kulon davrida tabiatda elektronlar mavjudligi hali ma'lum emas edi. Bundan tashqari, elektronning zaryadi juda kichik va shuning uchun standart sifatida foydalanish qiyin.

An'anaviy ravishda musbat va manfiy deb ataladigan ikki turdagi elektr zaryadlari mavjud. Ipakga ishqalanish natijasida elektrlashtirilgan shisha kabi boshqa zaryadlangan jismlarga ham musbat zaryadlangan jismlar kiradi. Jun bilan ishqalanish natijasida elektrlashtirilgan ebonit kabi harakat qiladigan jismlar manfiy zaryadlangan deb ataladi. Shishada paydo bo'ladigan zaryadlar uchun "ijobiy" va ebonit zaryadlari uchun "salbiy" nomini tanlash mutlaqo tasodifiydir.

Zaryadlar bir tanadan boshqasiga o'tkazilishi mumkin (masalan, to'g'ridan-to'g'ri aloqa orqali). Tana massasidan farqli o'laroq, elektr zaryadi ma'lum bir tananing ajralmas xususiyati emas. Turli xil sharoitlarda bir xil jism boshqa zaryadga ega bo'lishi mumkin.

Zaryadlar qaytaradi, zaryadlardan farqli o'laroq tortadi. Bu elektromagnit kuchlar va tortishish kuchlari o'rtasidagi asosiy farqni ham ochib beradi. Gravitatsion kuchlar har doim jozibali kuchlardir.

Elektr zaryadining muhim xususiyati uning diskretligidir. Bu shuni anglatadiki, eng kichik, universal, keyingi bo'linmas elementar zaryad bor, shuning uchun har qanday jismning zaryadi q ushbu elementar zaryadga ko'paytiriladi:

bu erda N - butun son, e - elementar zaryadning qiymati. Zamonaviy tushunchalarga ko'ra, bu zaryad son jihatdan elektron zaryadga teng e = 1,6∙10-19 S. Elementar zaryadning qiymati juda kichik bo'lgani uchun amalda kuzatilgan va qo'llaniladigan zaryadlangan jismlarning ko'pchiligi uchun N soni juda katta bo'lib, zaryad o'zgarishining diskret xarakteri ko'rinmaydi. Shuning uchun, normal sharoitda jismlarning elektr zaryadi deyarli uzluksiz o'zgaradi, deb ishoniladi.

Elektr zaryadining saqlanish qonuni.

Yopiq tizim ichida har qanday o'zaro ta'sirlar uchun elektr zaryadlarining algebraik yig'indisi doimiy bo'lib qoladi:

Izolyatsiya qilingan (yoki yopiq) tizimni elektr zaryadlari tashqaridan kiritilmaydigan va undan olib tashlanmaydigan jismlar tizimini chaqiramiz.

Tabiatning hech bir joyida va hech qachon bir xil belgili elektr zaryadi paydo bo'lmaydi yoki yo'qolmaydi. Musbat elektr zaryadining paydo bo'lishi doimo teng manfiy zaryadning paydo bo'lishi bilan birga keladi. Na musbat, na manfiy zaryad alohida-alohida yo'qolmaydi, ular modul bo'yicha teng bo'lgandagina bir-birini neytrallashtira oladi.

Shunday qilib, elementar zarralar bir-biriga aylanadi. Ammo har doim zaryadlangan zarralar tug'ilishi paytida qarama-qarshi belgili zaryadli juft zarrachalarning paydo bo'lishi kuzatiladi. Bir vaqtning o'zida bir nechta bunday juftlarning tug'ilishi ham kuzatilishi mumkin. Zaryadlangan zarralar yo'qolib, neytral zarralarga aylanadi, faqat juft bo'ladi. Bu faktlarning barchasi elektr zaryadining saqlanish qonunining qat'iy bajarilishiga shubha qoldirmaydi.

Elektr zaryadining saqlanish sababi hali ham noma'lum.

Tananing elektrifikatsiyasi

Makroskopik jismlar, qoida tariqasida, elektr neytral hisoblanadi. Har qanday moddaning atomi neytral hisoblanadi, chunki undagi elektronlar soni yadrodagi protonlar soniga teng. Ijobiy va manfiy zaryadlangan zarralar bir-biri bilan elektr kuchlari bilan bog'lanadi va neytral tizimlarni hosil qiladi.

Katta jismda bir xil zaryad belgisiga ega elementar zarrachalarning ortiqcha soni bo‘lsa, zaryadlangan bo‘ladi. Jismning manfiy zaryadi protonlarga nisbatan elektronlarning ko'pligi, musbat zaryadi esa ularning etishmasligi bilan bog'liq.

Elektr zaryadlangan makroskopik jismni olish yoki ular aytganidek, uni elektrlashtirish uchun manfiy zaryadning bir qismini u bilan bog'langan musbat zaryaddan ajratish kerak.

Buning eng oson yo'li ishqalanishdir. Agar siz taroqni sochingizdan o'tkazsangiz, eng harakatchan zaryadlangan zarrachalarning kichik qismi - elektronlar sochdan taroqqa o'tadi va uni salbiy zaryad qiladi va sochlar musbat zaryadlanadi. Ishqalanish natijasida elektrlashtirilganda, ikkala jism ham qarama-qarshi ishorali, lekin kattaligi teng bo'lgan zaryadlarni oladi.

Ishqalanish yordamida jismlarni elektrlashtirish juda oddiy. Ammo bu qanday sodir bo'lishini tushuntirish juda qiyin ish bo'lib chiqdi.

1 versiya. Jismlarni elektrlashtirishda ular orasidagi yaqin aloqa muhim ahamiyatga ega. Elektr kuchlari elektronlarni tananing ichida ushlab turadi. Ammo turli moddalar uchun bu kuchlar boshqacha. Yaqin aloqada elektronlarning tana bilan aloqasi nisbatan zaif bo'lgan modda elektronlarining kichik qismi boshqa jismga o'tadi. Elektronlarning harakati atomlararo masofalardan oshmaydi (10-8 sm). Ammo jasadlar ajratilsa, ikkalasi ham ayblanadi. Jismlarning sirtlari hech qachon mukammal silliq bo'lmaganligi sababli, o'tish uchun zarur bo'lgan jismlar orasidagi yaqin aloqa faqat sirtlarning kichik joylarida o'rnatiladi. Jismlar bir-biriga ishqalanganda, yaqin aloqada bo'lgan joylar soni ortadi va shu bilan bir jismdan ikkinchisiga o'tadigan zaryadlangan zarralarning umumiy soni ortadi. Ammo elektronlar ebonit, pleksiglas va boshqalar kabi o'tkazmaydigan moddalarda (izolyatorlarda) qanday harakat qilishlari aniq emas. Ular neytral molekulalarda bog'langan.

Versiya 2. Ionli LiF kristalli (izolyator) misolidan foydalanib, bu tushuntirish quyidagicha ko'rinadi. Kristal hosil bo'lganda, turli xil nuqsonlar paydo bo'ladi, xususan, bo'sh joylar - kristall panjara tugunlarida to'ldirilmagan bo'shliqlar. Agar musbat litiy ionlari va manfiy ftor ionlari uchun bo'sh o'rinlar soni bir xil bo'lmasa, kristall hosil bo'lganda hajmda zaryadlanadi. Ammo kristall butun zaryadni uzoq vaqt ushlab turolmaydi. Havoda har doim ma'lum miqdorda ionlar bo'ladi va kristall zaryadi uning yuzasida ionlar qatlami tomonidan neytrallashtirilgunga qadar ularni havodan tortib oladi. Turli izolyatorlar turli xil fazoviy zaryadlarga ega va shuning uchun ionlarning sirt qatlamlarining zaryadlari har xil. Ishqalanish jarayonida ionlarning sirt qatlamlari aralashadi va izolyatorlar ajratilganda ularning har biri zaryadlanadi.

Ikkita bir xil izolyatorni, masalan, bir xil LiF kristallarini ishqalanish orqali elektrlashtirish mumkinmi? Agar ular bir xil bo'sh joy to'lovlariga ega bo'lsa, unda yo'q. Ammo kristallanish sharoitlari boshqacha bo'lsa va turli xil bo'sh ish o'rinlari paydo bo'lsa, ular turli xil zaryadlarga ega bo'lishi mumkin. Tajriba shuni ko'rsatadiki, yoqut, amber va boshqalarning bir xil kristallarining ishqalanishi paytida elektrlanish haqiqatda sodir bo'lishi mumkin. Biroq, yuqoridagi tushuntirish barcha holatlarda to'g'ri bo'lishi dargumon. Agar jismlar, masalan, molekulyar kristallardan iborat bo'lsa, ulardagi bo'sh joylarning paydo bo'lishi tananing zaryadlanishiga olib kelmasligi kerak.

Jismlarni elektrlashtirishning yana bir usuli - ularga turli xil nurlanishlar (xususan, ultrabinafsha, rentgen va g-nurlanish) ta'sir qilishdir. Ushbu usul nurlanish ta'sirida elektronlar metall yuzasidan urilganda va o'tkazgich ijobiy zaryadga ega bo'lganda, metallarni elektrlashtirish uchun eng samarali hisoblanadi.

Ta'sir orqali elektrlashtirish. Supero'tkazuvchilar faqat zaryadlangan jism bilan aloqa qilganda emas, balki u bir oz masofada bo'lganda ham zaryadlanadi. Keling, ushbu hodisani batafsilroq ko'rib chiqaylik. Izolyatsiya qilingan o'tkazgichga engil qog'oz varaqlarini osib qo'ying (3-rasm). Agar o'tkazgich dastlab zaryadlanmagan bo'lsa, barglar burilmagan holatda bo'ladi. Keling, yuqori zaryadlangan izolyatsiyalangan metall sharni, masalan, shisha tayoq yordamida o'tkazgichga keltiramiz. Biz tananing uchlarida, a va b nuqtalarida osilgan choyshablar egilganligini ko'ramiz, garchi zaryadlangan jism o'tkazgichga tegmasa ham. Supero'tkazuvchilar ta'sir orqali zaryadlangan, shuning uchun bu hodisaning o'zi "ta'sir orqali elektrifikatsiya" yoki "elektr induksiyasi" deb nomlangan. Elektr induksiyasi orqali olingan zaryadlar induksiyalangan yoki induksiyalangan deb ataladi. Tananing o'rtasida, a' va b' nuqtalarida osilgan barglar og'ishmaydi. Bu shuni anglatadiki, induktsiyalangan zaryadlar faqat tananing uchlarida paydo bo'ladi va uning o'rtasi neytral yoki zaryadsiz qoladi. A va b nuqtalarda osilgan choyshablarga elektrlashtirilgan shisha tayoqchani olib kelish orqali b nuqtadagi choyshablar undan qaytarilishini va a nuqtadagi choyshablar tortilishini tekshirish oson. Bu shuni anglatadiki, o'tkazgichning uzoq uchida to'pdagi kabi bir xil belgining zaryadi paydo bo'ladi va yaqin qismlarda boshqa belgining zaryadlari paydo bo'ladi. Zaryadlangan to'pni olib tashlab, barglar pastga tushishini ko'ramiz. Agar to'pni salbiy zaryadlash orqali tajribani takrorlasak (masalan, muhrlangan mum yordamida) bu hodisa butunlay o'xshash tarzda davom etadi.

Elektron nazariya nuqtai nazaridan, bu hodisalar o'tkazgichdagi erkin elektronlarning mavjudligi bilan osongina izohlanadi. Supero'tkazuvchilarga musbat zaryad qo'llanilganda, elektronlar unga tortiladi va o'tkazgichning eng yaqin uchida to'planadi. Unda ma'lum miqdordagi "ortiqcha" elektronlar paydo bo'ladi va o'tkazgichning bu qismi manfiy zaryadlanadi. Eng oxirida elektronlar etishmasligi va shuning uchun ortiqcha musbat ionlar mavjud: bu erda musbat zaryad paydo bo'ladi.

Manfiy zaryadlangan jismni o'tkazgichga yaqinlashtirishda elektronlar uzoq uchida to'planadi va yaqin uchida ortiqcha musbat ionlar hosil bo'ladi. Elektronlarning harakatiga sabab bo'lgan zaryadni olib tashlaganingizdan so'ng, ular yana o'tkazgich bo'ylab taqsimlanadi, shunda uning barcha qismlari hali ham zaryadsiz bo'ladi.

O'tkazgich bo'ylab zaryadlarning harakati va ularning uchlarida to'planishi o'tkazgichning uchlarida hosil bo'lgan ortiqcha zaryadlarning ta'siri to'pdan chiqadigan elektr kuchlarini muvozanatlashtirmaguncha davom etadi, buning ta'siri ostida elektronlarning qayta taqsimlanishi sodir bo'ladi. Tananing o'rtasida zaryadning yo'qligi, to'pdan chiqadigan kuchlar va o'tkazgichning uchlarida to'plangan ortiqcha zaryadlar erkin elektronlarga ta'sir qiladigan kuchlar bu erda muvozanatlanganligini ko'rsatadi.

Induktsiyalangan zaryadlarni ajratish mumkin, agar zaryadlangan jism mavjud bo'lsa, o'tkazgich qismlarga bo'linadi. Bunday tajriba rasmda tasvirlangan. 4. Bunday holda, joy o'zgartirilgan elektronlar zaryadlangan to'pni olib tashlaganidan keyin orqaga qaytib kela olmaydi; chunki o'tkazgichning ikkala qismi o'rtasida dielektrik (havo) mavjud. Ortiqcha elektronlar chap tomonda taqsimlanadi; b nuqtasida elektronlarning etishmasligi b' nuqtasi maydonidan qisman to'ldiriladi, shuning uchun o'tkazgichning har bir qismi zaryadlangan bo'lib chiqadi: chapda - to'pning zaryadiga qarama-qarshi zaryad bilan, o'ngda - to'pning zaryadi bilan bir xil nomdagi zaryad bilan. Nafaqat a va b nuqtalardagi barglar, balki a’ va b’ nuqtalardagi ilgari turg’un barglar ham ajralib chiqadi.

Burov L.I., Strelchenya V.M. Fizika A dan Z gacha: talabalar, abituriyentlar, repetitorlar uchun. – Mn.: Paradoks, 2000. – 560 b.

Myakishev G.Ya. Fizika: Elektrodinamika. 10-11 sinflar: darslik. Fizikani chuqur o'rganish uchun / G.Ya. Myakishev, A.Z. Sinyakov, B.A. Slobodskov. – M.J.Bustard, 2005. – 476 b.

Fizika: darslik. 10-sinf uchun nafaqa. maktab va yuqori sinflar o'rgangan fiziklar/ O. F. Kabardin, V. A. Orlov, E. E. Evenchik va boshqalar; Ed. A. A. Pinskiy. – 2-nashr. – M.: Ta’lim, 1995. – 415 b.

Boshlang'ich fizika darsligi: o'quv qo'llanma. 3 jildda / Ed. G.S. Landsberg: T. 2. Elektr va magnitlanish. – M: FIZMATLIT, 2003. – 480 b.

Agar siz shisha tayoqni qog'oz varag'iga ishqalasangiz, novda plyus barglari, paxmoq va ingichka suv oqimlarini jalb qilish qobiliyatiga ega bo'ladi. Quruq sochlarni plastik taroq bilan taraganingizda, sochlar taroqqa tortiladi. Ushbu oddiy misollarda biz elektr deb ataladigan kuchlarning namoyon bo'lishiga duch kelamiz.

Atrofdagi jismlarga elektr kuchlari bilan ta'sir qiluvchi jismlar yoki zarralar zaryadlangan yoki elektrlashtirilgan deb ataladi. Misol uchun, yuqorida aytib o'tilgan shisha tayoq qog'ozga surtilgandan so'ng, elektrlashtiriladi.

Zarrachalar bir-biri bilan elektr kuchlari orqali o'zaro ta'sir qilsa, elektr zaryadiga ega bo'ladi. Zarralar orasidagi masofa ortishi bilan elektr kuchlari kamayadi. Elektr kuchlari universal tortishish kuchlaridan ko'p marta kattaroqdir.

Elektr zaryadi - bu elektromagnit o'zaro ta'sirlarning intensivligini aniqlaydigan jismoniy miqdor.

Elektromagnit o'zaro ta'sirlar - bu zaryadlangan zarralar yoki jismlar o'rtasidagi o'zaro ta'sir.

Elektr zaryadlari musbat va manfiyga bo'linadi. Barqaror elementar zarralar - proton va pozitronlar, shuningdek, metall atomlarining ionlari va boshqalar musbat zaryadga ega. Barqaror manfiy zaryad tashuvchilar elektron va antiprotondir.

Elektr zaryadsiz zarralar, ya'ni neytral zarralar mavjud: neytron, neytrino. Bu zarralar elektr o'zaro ta'sirida qatnashmaydi, chunki ularning elektr zaryadi nolga teng. Elektr zaryadsiz zarralar bor, lekin zarrachasiz elektr zaryadi mavjud emas.

Ipak bilan ishqalangan oynada ijobiy zaryadlar paydo bo'ladi. Mo'ynali kiyimlarga surtilgan ebonit manfiy zaryadga ega. Zarrachalar bir xil ishorali zaryadlar bilan (zaryadlar kabi) itaradi va har xil ishorali (qarama-qarshi zaryad) zarralar tortadi.

Barcha jismlar atomlardan tashkil topgan. Atomlar musbat zaryadlangan atom yadrosi va atom yadrosi atrofida harakatlanuvchi manfiy zaryadlangan elektronlardan iborat. Atom yadrosi musbat zaryadlangan protonlar va neytral zarrachalar - neytronlardan iborat. Atomdagi zaryadlar shunday taqsimlanganki, butun atom neytral bo'ladi, ya'ni atomdagi musbat va manfiy zaryadlarning yig'indisi nolga teng bo'ladi.

Elektronlar va protonlar har qanday moddaning bir qismidir va eng kichik barqaror elementar zarralardir. Ushbu zarralar cheksiz vaqt davomida erkin holatda bo'lishi mumkin. Elektron va protonning elektr zaryadiga elementar zaryad deyiladi.

Elementar zaryad - bu barcha zaryadlangan elementar zarralarning minimal zaryadidir. Protonning elektr zaryadi ga teng mutlaq qiymat elektron zaryad:

e = 1.6021892 (46) * 10-19 S

Har qanday zaryadning kattaligi elementar zaryadning mutlaq qiymatida, ya'ni elektron zaryadining ko'paytmasidir. Elektron yunon tilidan tarjima qilingan elektron - amber, proton - yunoncha protos - birinchidan, neytron lotincha neytrumdan - na u, na boshqasi.

Turli jismlarni elektrlashtirish bo'yicha oddiy tajribalar quyidagi fikrlarni ko'rsatadi.

1. Ikki xil zaryad bor: musbat (+) va manfiy (-). Shisha charm yoki ipakka ishqalanganda musbat zaryad, junga kahrabo (yoki ebonit) ishqalanganda manfiy zaryad paydo bo'ladi.

2. To'lovlar (yoki zaryadlangan jismlar) bir-biri bilan o'zaro munosabatda bo'lish. Xuddi shu to'lovlar suring va to'lovlardan farqli o'laroq jalb qilinadi.

3. Elektrifikatsiya holati bir jismdan ikkinchisiga o'tkazilishi mumkin, bu elektr zaryadini uzatish bilan bog'liq. Bunday holda, kattaroq yoki kichikroq zaryad tanaga o'tkazilishi mumkin, ya'ni zaryad kattalikka ega. Ishqalanish natijasida elektrlashtirilganda ikkala jism ham zaryad oladi, biri musbat, ikkinchisi manfiy. Shuni ta'kidlash kerakki, ishqalanish natijasida elektrlashtirilgan jismlar zaryadlarining mutlaq qiymatlari tengdir, bu elektrometrlar yordamida ko'plab zaryadlarni o'lchash bilan tasdiqlanadi.

Jismlarning ishqalanish jarayonida nima uchun elektrlanishini (ya'ni zaryadlanganligini) elektronning kashf etilishi va atom tuzilishini o'rganishdan keyin tushuntirish mumkin bo'ldi. Ma'lumki, barcha moddalar atomlardan iborat; atomlar, o'z navbatida, elementar zarralardan iborat - manfiy zaryadlangan elektronlar, musbat zaryadlangan protonlar va neytral zarralar - neytronlar. Elektronlar va protonlar elementar (minimal) elektr zaryadlarining tashuvchilari hisoblanadi.

Elementar elektr zaryadi ( e) - bu elektron zaryadining qiymatiga teng bo'lgan ijobiy yoki salbiy bo'lgan eng kichik elektr zaryadidir:

e = 1.6021892(46) 10 -19 S.

Zaryadlangan elementar zarralar ko'p va ularning deyarli barchasi zaryadga ega +e yoki -e, ammo bu zarralar juda qisqa umrga ega. Ular soniyaning milliondan bir qismidan kamroq yashaydilar. Erkin holatda faqat elektronlar va protonlar cheksiz mavjud.

Protonlar va neytronlar (nuklonlar) atomning musbat zaryadlangan yadrosini tashkil qiladi, uning atrofida manfiy zaryadlangan elektronlar aylanadi, ularning soni protonlar soniga teng bo'lib, atom butun bir quvvat manbai hisoblanadi.

Oddiy sharoitlarda atomlardan (yoki molekulalardan) tashkil topgan jismlar elektr neytral hisoblanadi. Biroq, ishqalanish jarayonida atomlarini tark etgan elektronlarning bir qismi bir tanadan ikkinchisiga o'tishi mumkin. Elektronlarning harakati atomlararo masofadan oshmaydi. Ammo agar jismlar ishqalanishdan keyin ajratilsa, ular zaryadlangan bo'lib chiqadi; elektronlarining bir qismini bergan jism musbat, ularni olgan jism esa manfiy zaryadlanadi.

Shunday qilib, jismlar elektrlanadi, ya'ni elektronni yo'qotganda yoki orttirganda elektr zaryadini oladi. Ba'zi hollarda elektrifikatsiya ionlarning harakati tufayli yuzaga keladi. Bunday holda, yangi elektr zaryadlari paydo bo'lmaydi. Elektrlashtiruvchi jismlar o'rtasida faqat mavjud zaryadlarning bo'linishi mavjud: manfiy zaryadlarning bir qismi bir tanadan ikkinchisiga o'tadi.

To'lovni aniqlash.

Shuni alohida ta'kidlash kerakki, zaryad zarrachaning ajralmas xususiyatidir. Zarrachani zaryadsiz tasavvur qilish mumkin, lekin zaryadni zarrachasiz tasavvur etib bo'lmaydi.

Zaryadlangan zarralar tortishish kuchlaridan ko'p kattalikdagi kuchlar bilan tortishish (qarama-qarshi zaryadlar) yoki itarilish (zaryadlar kabi) shaklida namoyon bo'ladi. Shunday qilib, vodorod atomidagi elektronning yadroga elektr tortishish kuchi bu zarrachalarning tortishish kuchidan 10 39 marta katta. Zaryadlangan zarralar orasidagi o'zaro ta'sir deyiladi elektromagnit o'zaro ta'sir, va elektr zaryadi elektromagnit o'zaro ta'sirlarning intensivligini aniqlaydi.

IN zamonaviy fizika To'lov quyidagicha aniqlanadi:

Elektr zaryadi- bu elektr maydonining manbai bo'lgan fizik miqdor bo'lib, u orqali zarralarning zaryad bilan o'zaro ta'siri sodir bo'ladi.

Elektr zaryadi- jismlarning elektromagnit o'zaro ta'sirga kirish qobiliyatini tavsiflovchi fizik miqdor. Kulonda o'lchanadi.

Elementar elektr zaryadi- elementar zarrachalarning minimal zaryadi (proton va elektron zaryadi).

Tananing zaryadi bor, unda ortiqcha yoki etishmayotgan elektronlar borligini bildiradi. Ushbu to'lov belgilangan q=yo'q. (u elementar zaryadlar soniga teng).

Tanani elektrlashtiring- elektronlarning ortiqcha va etishmasligini yaratish. Usullari: ishqalanish orqali elektrlashtirish Va kontakt orqali elektrlashtirish.

Tong otishi d - tananing zaryadi, uni moddiy nuqta sifatida olish mumkin.

Sinov to'lovi() - nuqta, kichik zaryad, har doim ijobiy - elektr maydonini o'rganish uchun ishlatiladi.

Zaryadning saqlanish qonuni:Izolyatsiya qilingan tizimda barcha jismlarning zaryadlarining algebraik yig'indisi ushbu jismlarning bir-biri bilan har qanday o'zaro ta'siri uchun doimiy bo'lib qoladi..

Coulomb qonuni:Ikki nuqtaviy zaryad o'rtasidagi o'zaro ta'sir kuchlari bu zaryadlarning mahsulotiga proportsional, ular orasidagi masofaning kvadratiga teskari proportsional, muhitning xususiyatlariga bog'liq va ularning markazlarini bog'laydigan to'g'ri chiziq bo'ylab yo'naltirilgan..

, Qayerda

F / m, Cl 2 / nm 2 - dielektrik. tez. vakuum

- bog'laydi. dielektrik doimiy (>1)

- mutlaq dielektrik o'tkazuvchanlik. muhit

Elektr maydoni- elektr zaryadlarining o'zaro ta'siri sodir bo'ladigan moddiy muhit.

Elektr maydonining xususiyatlari:

Kuchlanish(E) - berilgan nuqtaga joylashtirilgan birlik sinov zaryadiga ta'sir qiluvchi kuchga teng vektor kattalik.

N/C da o'lchanadi.

Yo'nalish- xuddi shunday harakat qiluvchi kuch.

Zo'riqish bog'liq emas sinov zaryadining kuchiga ham, kattaligiga ham.

Elektr maydonlarining superpozitsiyasi: bir nechta zaryad tomonidan yaratilgan maydon kuchi har bir zaryadning maydon kuchlarining vektor yig'indisiga teng:

Grafik jihatdan Elektron maydon kuchlanish chiziqlari yordamida ifodalanadi.

Kuchlanish chizig'i- har bir nuqtadagi tangensi kuchlanish vektorining yo'nalishiga to'g'ri keladigan chiziq.

Kesish chiziqlarining xossalari: ular kesishmaydi, har bir nuqta orqali faqat bitta chiziq o'tkazish mumkin; ular yopiq emas, ular musbat zaryad qoldirib, manfiy zaryadga kiradi yoki cheksizlikka tarqaladi.

Maydonlar turlari:

Yagona elektr maydoni- har bir nuqtadagi intensivlik vektori kattaligi va yo'nalishi bo'yicha bir xil bo'lgan maydon.

Heterojen elektr maydoni - har bir nuqtadagi intensivlik vektori kattaligi va yo'nalishi bo'yicha teng bo'lmagan maydon.

Doimiy elektr maydoni- kuchlanish vektori o'zgarmaydi.

O'zgaruvchan elektr maydoni- kuchlanish vektori o'zgaradi.

Zaryadni harakatga keltirish uchun elektr maydon tomonidan bajariladigan ish.

, bu erda F - kuch, S - siljish, - F va S orasidagi burchak.

Yagona maydon uchun: kuch doimiy.

Ish traektoriyaning shakliga bog'liq emas; yopiq yo'l bo'ylab harakatlanish uchun bajarilgan ish nolga teng.

Bir xil bo'lmagan maydon uchun:

Elektr maydon potentsiali- sinov elektr zaryadini cheksizlikka ko'chiradigan maydon bajaradigan ishning ushbu zaryadning kattaligiga nisbati.

-salohiyat- maydonning energiya xarakteristikasi. Voltlarda o'lchanadi

Potensial farq:

, Bu

, anglatadi

-potentsial gradient.

Yagona maydon uchun: potentsial farq - Kuchlanishi:

. U Voltlarda o'lchanadi, asboblar voltmetrdir.

Elektr quvvati- jismlarning elektr zaryadini to'plash qobiliyati; ma'lum bir o'tkazgich uchun doimo doimiy bo'lgan zaryadning potentsialga nisbati.

Zaryadga bog'liq emas va potentsialga bog'liq emas. Lekin bu o'tkazgichning o'lchamiga va shakliga bog'liq; muhitning dielektrik xossalari haqida.

, bu erda r - o'lcham,

- tananing atrofidagi muhitning o'tkazuvchanligi.

Har qanday jismlar - o'tkazgichlar yoki dielektriklar yaqin joyda bo'lsa, elektr quvvati ortadi.

Kondensator- zaryadni to'plash uchun qurilma. Elektr quvvati:

Yassi kondansatör- ular orasida dielektrik bo'lgan ikkita metall plastinka. Yassi kondansatörning elektr quvvati:

, bu erda S - plitalarning maydoni, d - plitalar orasidagi masofa.

Zaryadlangan kondensatorning energiyasi zaryadni bir plastinkadan ikkinchisiga o'tkazishda elektr maydoni bajargan ishiga teng.

Kichik to'lovni o'tkazish

, kuchlanish ga o'zgaradi

, ish bajarildi

. Chunki

, va C =const,

. Keyin

. Keling, integratsiya qilaylik:

Elektr maydoni energiyasi:

, bu yerda V=Sl elektr maydoni egallagan hajm

Bir xil bo'lmagan maydon uchun:

Volumetrik elektr maydon zichligi:

. J/m 3 da o‘lchanadi.

Elektr dipol– ikkita teng, lekin ishorasi qarama-qarshi boʻlgan, bir-biridan maʼlum masofada joylashgan nuqtali elektr zaryadlardan tashkil topgan tizim (dipol qoʻli -l).

Dipolning asosiy xarakteristikasi dipol moment- manfiy zaryaddan musbat zaryadga yo'naltirilgan zaryad va dipol qo'lning mahsulotiga teng vektor. Belgilangan

. Kulon metrlarda o'lchanadi.

Yagona elektr maydonidagi dipol.

Dipolning har bir zaryadiga quyidagi kuchlar ta'sir qiladi:

. Bu kuchlar qarama-qarshi yo'naltirilgan va bir juft kuch momentini hosil qiladi - moment:, bu erda

M - moment F - dipolga ta'sir qiluvchi kuchlar

d – sill qo‘li – dipol qo‘l

p – dipol moment E – kuchlanish

- p Eq – zaryad orasidagi burchak

Moment ta'sirida dipol aylanadi va kuchlanish chiziqlari yo'nalishi bo'yicha tekislanadi. p va E vektorlari parallel va bir yo'nalishli bo'ladi.

Bir xil bo'lmagan elektr maydonidagi dipol.

Tork bor, ya'ni dipol aylanadi. Ammo kuchlar teng bo'lmaydi va dipol kuch katta bo'lgan joyga o'tadi.

-kuchlanish gradienti. Kuchlanish gradienti qanchalik baland bo'lsa, dipolni tortadigan lateral kuch shunchalik yuqori bo'ladi. Dipol kuch chiziqlari bo'ylab yo'naltirilgan.

Dipolning ichki maydoni.

Lekin. Keyin:

Dipol O nuqtada va uning qo'li kichik bo'lsin. Keyin:

Formulani hisobga olgan holda olingan:

Shunday qilib, potentsial farq dipol nuqtalari ko'rinadigan yarim burchakning sinusiga va dipol momentining bu nuqtalarni bog'laydigan to'g'ri chiziqqa proyeksiyasiga bog'liq.

Elektr maydonidagi dielektriklar.

Dielektrik- erkin zaryadga ega bo'lmagan va shuning uchun elektr tokini o'tkazmaydigan modda. Biroq, aslida, o'tkazuvchanlik mavjud, ammo u ahamiyatsiz.

Dielektrik sinflar:

qutbli molekulalar bilan (suv, nitrobenzol): molekulalar nosimmetrik emas, musbat va manfiy zaryadlarning massa markazlari bir-biriga to'g'ri kelmaydi, ya'ni ular elektr maydoni bo'lmagan taqdirda ham dipol momentga ega.

qutbsiz molekulalar (vodorod, kislorod) bilan: molekulalar nosimmetrik, musbat va manfiy zaryadlarning massa markazlari bir-biriga to'g'ri keladi, ya'ni ular elektr maydoni bo'lmaganda dipol momentga ega emas.

kristall (natriy xlorid): biri musbat zaryadlangan, ikkinchisi esa manfiy zaryadlangan ikkita pastki panjaraning birikmasi; elektr maydoni bo'lmaganda, umumiy dipol moment nolga teng.

Polarizatsiya- zaryadlarning fazoviy ajralish jarayoni, dielektrik yuzasida bog'langan zaryadlarning paydo bo'lishi, bu dielektrik ichidagi maydonning zaiflashishiga olib keladi.

Polarizatsiya usullari:

1-usul - elektrokimyoviy polarizatsiya:

Elektrodlarda - kationlar va anionlarning ularga qarab harakatlanishi, moddalarni neytrallash; musbat va manfiy zaryadlar maydonlari hosil bo'ladi. Oqim asta-sekin kamayadi. Neytrallash mexanizmini o'rnatish tezligi gevşeme vaqti bilan tavsiflanadi - bu maydon qo'llanilgan paytdan boshlab polarizatsiya emf 0 dan maksimalgacha ko'tariladigan vaqt. = 10 -3 -10 -2 s.

2-usul – orientatsion polarizatsiya:

Kompensatsiyalanmagan qutblilar dielektrik yuzasida hosil bo'ladi, ya'ni. qutblanish hodisasi yuzaga keladi. Dielektrik ichidagi kuchlanish tashqi kuchlanishdan kamroq. Dam olish vaqti: = 10 -13 -10 -7 s. Chastotasi 10 MGts.

3-usul - elektron polarizatsiya:

Dipolga aylanadigan qutbsiz molekulalarning xarakteristikasi. Dam olish vaqti: = 10 -16 -10 -14 s. Chastotasi 10 8 MGts.

4-usul – ion polarizatsiyasi:

Ikkita panjara (Na va Cl) bir-biriga nisbatan siljiydi.

Dam olish vaqti:

5-usul – mikrostruktura polarizatsiyasi:

Zaryadlangan va zaryadsiz qatlamlar almashinganda biologik tuzilmalarning xarakteristikasi. Yarim o'tkazuvchan yoki ion o'tkazmaydigan qismlarda ionlarning qayta taqsimlanishi mavjud.

Dam olish vaqti: =10 -8 -10 -3 s. Chastotasi 1 KHz

Polarizatsiya darajasining raqamli xususiyatlari:

Elektr toki- bu moddada yoki vakuumda erkin zaryadlarning tartibli harakati.

Elektr tokining mavjudligi uchun shartlar:

bepul to'lovlarning mavjudligi

elektr maydonining mavjudligi, ya'ni. bu zaryadlar asosida harakat qiluvchi kuchlar

Hozirgi kuch- vaqt birligida o'tkazgichning istalgan kesimidan o'tadigan zaryadga teng qiymat (1 soniya)

Amperda o'lchanadi.

n – zaryad konsentratsiyasi

q - zaryad qiymati

S - o'tkazgichning tasavvurlar maydoni

- zarralarning yo'nalishli harakati tezligi.

Elektr maydonida zaryadlangan zarrachalarning harakat tezligi kichik - 7 * 10 -5 m / s, elektr maydonining tarqalish tezligi 3 * 10 8 m / s.

Hozirgi zichlik– 1 soniyada 1 m2 ko‘ndalang kesimdan o‘tuvchi zaryad miqdori.

. A/m2 da o'lchanadi.

- ionga elektr maydonidan ta'sir etuvchi kuch ishqalanish kuchiga teng

- ionlarning harakatchanligi

- ionlarning yo'nalishli harakati tezligi = harakatchanlik, maydon kuchi

Ionlarning konsentratsiyasi, ularning zaryadi va harakatchanligi qanchalik katta bo'lsa, elektrolitning o'ziga xos o'tkazuvchanligi shunchalik yuqori bo'ladi. Haroratning oshishi bilan ionlarning harakatchanligi oshadi va elektr o'tkazuvchanligi ortadi.

Elektr zaryadlangan jismlarning o'zaro ta'sirini kuzatishlariga asoslanib, amerikalik fizik Benjamin Franklin ba'zi jismlarni musbat, boshqalarni manfiy zaryadli deb atadi. Shunga ko'ra va elektr zaryadlari chaqirdi ijobiy Va salbiy.

O'xshash zaryadli jismlar itaradi. Qarama-qarshi zaryadli jismlar o'ziga tortadi.

Zaryadlarning bu nomlari juda an'anaviy bo'lib, ularning yagona ma'nosi shundaki, elektr zaryadlari bo'lgan jismlar o'ziga tortadi yoki qaytara oladi.

Jismning elektr zaryadining belgisi zaryad belgisining an'anaviy standarti bilan o'zaro ta'sir qilish orqali aniqlanadi.

Mo'yna bilan ishqalangan ebonit tayoqning zaryadi ushbu standartlardan biri sifatida qabul qilingan. Ebonit tayoq mo'yna bilan ishqalangandan keyin har doim manfiy zaryadga ega ekanligiga ishonishadi.

Agar berilgan jismning zaryadining qaysi belgisini aniqlash zarur bo'lsa, uni ebonit tayoqchaga keltiriladi, mo'yna bilan ishqalanadi, engil suspenziyaga mahkamlanadi va o'zaro ta'sir kuzatiladi. Agar tayoq qaytarilsa, u holda tananing manfiy zaryadi bor.

Elementar zarrachalarni kashf qilish va o'rganishdan keyin ma'lum bo'ldi manfiy zaryad har doim elementar zarrachaga ega - elektron.

Elektron (yunoncha - amber) - manfiy elektr zaryadli barqaror elementar zarrachae = 1.6021892 (46) . 10 -19 C, dam olish massasim e =9.1095. 10-19 kg. 1897 yilda ingliz fizigi J. J. Tomson tomonidan kashf etilgan.

Tabiiy ipak bilan ishqalangan shisha tayoqning zaryadi musbat zaryadning standarti sifatida qabul qilindi. Agar tayoq elektrlashtirilgan tanadan qaytarilsa, u holda bu jism ijobiy zaryadga ega.

Ijobiy zaryad har doim bor proton, atom yadrosining bir qismi bo'lgan. Saytdan olingan material

Jismning zaryadining belgisini aniqlash uchun yuqoridagi qoidalardan foydalanib, u o'zaro ta'sir qiluvchi jismlarning moddasiga bog'liqligini yodda tutish kerak. Shunday qilib, ebonit tayoq, agar sintetik materiallardan tayyorlangan mato bilan ishqalangan bo'lsa, ijobiy zaryadga ega bo'lishi mumkin. Agar shisha tayoq mo'yna bilan ishqalansa, manfiy zaryadga ega bo'ladi. Shuning uchun, agar siz ebonit tayoqchasida salbiy zaryad olishni rejalashtirmoqchi bo'lsangiz, uni mo'yna yoki jun mato bilan ishqalashda, albatta, ishlatishingiz kerak. Xuddi shu narsa musbat zaryad olish uchun tabiiy ipakdan qilingan mato bilan ishqalanadigan shisha tayoqni elektrlashtirishga ham tegishli. Faqat elektron va proton har doim va bir ma'noda mos ravishda manfiy va musbat zaryadga ega.

Ushbu sahifada mavzu bo'yicha materiallar mavjud.

Elektr zaryadi- jismlarning elektromagnit o'zaro ta'sirga kirish qobiliyatini tavsiflovchi fizik miqdor. Kulonda o'lchanadi.

Elementar elektr zaryadi- elementar zarrachalarning minimal zaryadi (proton va elektron zaryadi).

e= Cl

Tananing zaryadi bor, unda ortiqcha yoki etishmayotgan elektronlar borligini bildiradi. Ushbu to'lov belgilangan q = yo'q. (u elementar zaryadlar soniga teng).

Tanani elektrlashtiring- elektronlarning ortiqcha va etishmasligini yaratish. Usullari: ishqalanish orqali elektrlashtirish Va kontakt orqali elektrlashtirish.

Tong otishi d - tananing zaryadi, uni moddiy nuqta sifatida olish mumkin.

Sinov to'lovi () - nuqta, kichik zaryad, har doim ijobiy - elektr maydonini o'rganish uchun ishlatiladi.

Zaryadning saqlanish qonuni: Izolyatsiya qilingan tizimda barcha jismlarning zaryadlarining algebraik yig'indisi ushbu jismlarning bir-biri bilan har qanday o'zaro ta'siri uchun doimiy bo'lib qoladi..

Coulomb qonuni: Ikki nuqtaviy zaryad o'rtasidagi o'zaro ta'sir kuchlari bu zaryadlarning mahsulotiga proportsional, ular orasidagi masofaning kvadratiga teskari proportsional, muhitning xususiyatlariga bog'liq va ularning markazlarini bog'laydigan to'g'ri chiziq bo'ylab yo'naltirilgan..

, Qayerda
F / m, Cl 2 / nm 2 - dielektrik. tez. vakuum

- bog'laydi. dielektrik doimiy (>1)

- mutlaq dielektrik o'tkazuvchanlik. muhit

Elektr maydoni- elektr zaryadlarining o'zaro ta'siri sodir bo'ladigan moddiy muhit.

Elektr maydonining xususiyatlari:

Kuchlanish (E) - berilgan nuqtaga joylashtirilgan birlik sinov zaryadiga ta'sir qiluvchi kuchga teng vektor kattalik.

N/C da o'lchanadi.

Yo'nalish- harakat qiluvchi kuch bilan bir xil.

Zo'riqish bog'liq emas sinov zaryadining kuchiga ham, kattaligiga ham.

Elektr maydonlarining superpozitsiyasi: bir nechta zaryad tomonidan yaratilgan maydon kuchi har bir zaryadning maydon kuchlarining vektor yig'indisiga teng:

Grafik jihatdan Elektron maydon kuchlanish chiziqlari yordamida ifodalanadi.

Kuchlanish chizig'i- har bir nuqtadagi tangensi kuchlanish vektorining yo'nalishiga to'g'ri keladigan chiziq.

Maydonlar turlari:

Yagona elektr maydoni- har bir nuqtadagi intensivlik vektori kattaligi va yo'nalishi bo'yicha bir xil bo'lgan maydon.

Bir xil bo'lmagan elektr maydoni- har bir nuqtadagi intensivlik vektori kattaligi va yo'nalishi bo'yicha teng bo'lmagan maydon.

Doimiy elektr maydoni- kuchlanish vektori o'zgarmaydi.

O'zgaruvchan elektr maydoni- kuchlanish vektori o'zgaradi.

Zaryadni harakatga keltirish uchun elektr maydon tomonidan bajariladigan ish.

, bu erda F - kuch, S - siljish, - F va S orasidagi burchak.

Yagona maydon uchun: kuch doimiy.

Ish traektoriyaning shakliga bog'liq emas; yopiq yo'l bo'ylab harakatlanish uchun bajarilgan ish nolga teng.

Bir xil bo'lmagan maydon uchun:

Elektr maydon potentsiali- sinov elektr zaryadini cheksizlikka ko'chiradigan maydon bajaradigan ishning ushbu zaryadning kattaligiga nisbati.

- salohiyat- maydonning energiya xarakteristikasi. Voltlarda o'lchanadi

Potensial farq:

Agar
, Bu

, anglatadi

- potentsial gradient.

Yagona maydon uchun: potentsial farq - Kuchlanishi:

. U Voltlarda o'lchanadi, asboblar voltmetrdir.

Elektr quvvati- jismlarning elektr zaryadini to'plash qobiliyati; ma'lum bir o'tkazgich uchun doimo doimiy bo'lgan zaryadning potentsialga nisbati.

Zaryadga bog'liq emas va potentsialga bog'liq emas. Lekin bu o'tkazgichning o'lchamiga va shakliga bog'liq; muhitning dielektrik xossalari haqida.

, bu erda r - o'lcham,
- tananing atrofidagi muhitning o'tkazuvchanligi.

Har qanday jismlar - o'tkazgichlar yoki dielektriklar yaqin joyda bo'lsa, elektr quvvati ortadi.

Kondensator- zaryadni to'plash uchun qurilma. Elektr quvvati:

Yassi kondansatör- ular orasida dielektrik bo'lgan ikkita metall plastinka. Yassi kondansatörning elektr quvvati:

, bu erda S - plitalarning maydoni, d - plitalar orasidagi masofa.

Zaryadlangan kondensatorning energiyasi zaryadni bir plastinkadan ikkinchisiga o'tkazishda elektr maydoni bajargan ishiga teng.

Kichik to'lovni o'tkazish
, kuchlanish ga o'zgaradi
, ish bajarildi
. Chunki
, va C = const,
. Keyin
. Keling, integratsiya qilaylik:

Elektr maydoni energiyasi:
, bu yerda V=Sl elektr maydoni egallagan hajm

Bir xil bo'lmagan maydon uchun:
.

Volumetrik elektr maydon zichligi:
. J/m 3 da o‘lchanadi.

Elektr dipol– ikkita teng, lekin ishorasi qarama-qarshi boʻlgan, bir-biridan maʼlum masofada joylashgan nuqtali elektr zaryadlardan tashkil topgan tizim (dipol qoʻli - l).

Dipolning asosiy xarakteristikasi dipol moment- manfiy zaryaddan musbat zaryadga yo'naltirilgan zaryad va dipol qo'lning mahsulotiga teng vektor. Belgilangan
. Kulon metrlarda o'lchanadi.

Yagona elektr maydonidagi dipol.

Dipolning har bir zaryadiga quyidagi kuchlar ta'sir qiladi:
Va
. Bu kuchlar qarama-qarshi yo'nalgan va bir juft kuch momentini - momentni hosil qiladi: , bu erda

M - moment F - dipolga ta'sir qiluvchi kuchlar

d – kuch qo‘li l – dipol qo‘l

p – dipol moment E – kuchlanish

- p va E q orasidagi burchak – zaryad

Moment ta'sirida dipol aylanadi va kuchlanish chiziqlari yo'nalishi bo'yicha tekislanadi. p va E vektorlari parallel va bir yo'nalishli bo'ladi.

Bir xil bo'lmagan elektr maydonidagi dipol.

Tork bor, ya'ni dipol aylanadi. Ammo kuchlar teng bo'lmaydi va dipol kuch katta bo'lgan joyga o'tadi.

- kuchlanish gradienti. Kuchlanish gradienti qanchalik baland bo'lsa, dipolni tortadigan lateral kuch shunchalik yuqori bo'ladi. Dipol kuch chiziqlari bo'ylab yo'naltirilgan.

Dipolning ichki maydoni.

Lekin . Keyin:

Dipol O nuqtada va uning qo'li kichik bo'lsin. Keyin:

Formulani hisobga olgan holda olingan:

Shunday qilib, potentsial farq dipol nuqtalari ko'rinadigan yarim burchakning sinusiga va dipol momentining bu nuqtalarni bog'laydigan to'g'ri chiziqqa proyeksiyasiga bog'liq.

Elektr maydonidagi dielektriklar.

Dielektrik- erkin zaryadga ega bo'lmagan va shuning uchun elektr tokini o'tkazmaydigan modda. Biroq, aslida, o'tkazuvchanlik mavjud, ammo u ahamiyatsiz.

Dielektrik sinflar:

kristall (natriy xlorid): biri musbat zaryadlangan, ikkinchisi esa manfiy zaryadlangan ikkita pastki panjaraning birikmasi; elektr maydoni bo'lmaganda, umumiy dipol moment nolga teng.

Polarizatsiya- zaryadlarning fazoviy ajralish jarayoni, dielektrik yuzasida bog'langan zaryadlarning paydo bo'lishi, bu dielektrik ichidagi maydonning zaiflashishiga olib keladi.

Polarizatsiya usullari:

1-usul - elektrokimyoviy polarizatsiya:

2-usul – orientatsion polarizatsiya:

3-usul - elektron polarizatsiya:

Dipolga aylanadigan qutbsiz molekulalarning xarakteristikasi. Dam olish vaqti: = 10 -16 -10 -14 s. Chastotasi 10 8 MGts.

4-usul – ion polarizatsiyasi:

Ikkita panjara (Na va Cl) bir-biriga nisbatan siljiydi.

Dam olish vaqti:

5-usul – mikrostruktura polarizatsiyasi:

Zaryadlangan va zaryadsiz qatlamlar almashinganda biologik tuzilmalarning xarakteristikasi. Yarim o'tkazuvchan yoki ion o'tkazmaydigan qismlarda ionlarning qayta taqsimlanishi mavjud.

Dam olish vaqti: =10 -8 -10 -3 s. Chastotasi 1 KHz

Polarizatsiya darajasining raqamli xususiyatlari:

Elektr toki- bu moddada yoki vakuumda erkin zaryadlarning tartibli harakati.

Elektr tokining mavjudligi uchun shartlar:

bepul to'lovlarning mavjudligi

elektr maydonining mavjudligi, ya'ni. bu zaryadlar asosida harakat qiluvchi kuchlar

Hozirgi kuch- vaqt birligida o'tkazgichning istalgan kesimidan o'tadigan zaryadga teng qiymat (1 soniya)

Amperda o'lchanadi.

n – zaryad konsentratsiyasi

q - to'lov miqdori

S - o'tkazgichning tasavvurlar maydoni

- zarralarning yo'nalishli harakati tezligi.

Elektr maydonida zaryadlangan zarrachalarning harakat tezligi kichik - 7 * 10 -5 m / s, elektr maydonining tarqalish tezligi 3 * 10 8 m / s.

Hozirgi zichlik– 1 soniyada 1 m2 ko‘ndalang kesimdan o‘tuvchi zaryad miqdori.

. A/m2 da o'lchanadi.

- ionga elektr maydonidan ta'sir etuvchi kuch ishqalanish kuchiga teng

- ionlarning harakatchanligi

- ionlarning yo'nalishli harakati tezligi = harakatchanlik, maydon kuchi

Materiallar tashuvchisi bilan bog'langan; elementar zarrachaning elektromagnit o'zaro ta'sirini aniqlaydigan ichki xarakteristikasi.

Elektr zaryadi jismoniy miqdor, bu jismlarning yoki zarralarning elektromagnit o'zaro ta'sirga kirish xususiyatini tavsiflaydi va bunday o'zaro ta'sirlar paytida kuchlar va energiyalarning qiymatlarini aniqlaydi. Elektr zaryadi elektr tokini o'rganishdagi asosiy tushunchalardan biridir. Elektr hodisalarining butun majmuasi elektr zaryadlarining mavjudligi, harakati va o'zaro ta'sirining namoyonidir. Elektr zaryadi ba'zi elementar zarrachalarga xos xususiyatdir.

An'anaviy ravishda musbat va manfiy deb ataladigan ikki turdagi elektr zaryadlari mavjud. Bir belgili zaryadlar bir-birini qaytaradi, har xil belgili zaryadlar bir-birini tortadi. Elektrlashtirilgan shisha tayoqchaning zaryadi shartli ravishda musbat, qatron novdasi (xususan, amber tayoq)niki esa manfiy deb hisoblangan. Ushbu shartga muvofiq, elektronning elektr zaryadi manfiy (yunoncha "elektron" - kehribar).

Makroskopik jismning zaryadi shu jismni tashkil etuvchi elementar zarrachalarning umumiy zaryadi bilan aniqlanadi. Makroskopik jismni zaryad qilish uchun uning tarkibidagi zaryadlangan elementar zarrachalar sonini o'zgartirish, ya'ni bir xil belgidagi ma'lum miqdordagi zaryadlarni o'tkazish yoki undan olib tashlash kerak. Haqiqiy sharoitda bunday jarayon odatda elektronlar harakati bilan bog'liq. Tananing zaryadini tashkil etuvchi, odatda harf bilan ko'rsatilgan bir xil belgidagi zaryadlardan ortiqcha bo'lsa, tana zaryadlangan hisoblanadi. q yoki Q.Agar to'lovlar qo'yilgan bo'lsa nuqta jismlari, u holda ular orasidagi o'zaro ta'sir kuchini Kulon qonuni bilan aniqlash mumkin. SI zaryad birligi kulon - Cl.

Elektr zaryadi q Har qanday jism diskret, minimal, elementar elektr zaryadi mavjud - e, jismlarning barcha elektr zaryadlari karrali bo'lgan:

\(q = n e\)

Tabiatda mavjud bo'lgan minimal zaryad elementar zarrachalarning zaryadidir. SI birliklarida bu zaryadning moduli quyidagilarga teng: e= 1, 6.10 -19 Cl. Har qanday elektr zaryadlari elementar zaryadlardan bir necha marta katta bo'lgan butun sondir. Barcha zaryadlangan elementar zarralar elementar elektr zaryadiga ega. 19-asr oxirida. manfiy elektr zaryadining tashuvchisi bo'lgan elektron va 20-asr boshida bir xil musbat zaryadga ega bo'lgan proton kashf qilindi; Shunday qilib, elektr zaryadlari o'z-o'zidan mavjud emasligi, balki zarralar bilan bog'langanligi va zarralarning ichki xossasi ekanligi isbotlandi (bir xil kattalikdagi musbat yoki manfiy zaryadga ega bo'lgan boshqa elementar zarralar keyinchalik kashf etilgan). Barcha elementar zarrachalarning zaryadi (agar u nol bo'lmasa) mutlaq qiymatda bir xil. Elementar gipotetik zarralar - zaryadi 2/3 bo'lgan kvarklar e yoki +1/3 e, kuzatilmagan, ammo ularning mavjudligi elementar zarralar nazariyasida taxmin qilingan.

Elektr zaryadining o'zgarmasligi eksperimental tarzda aniqlangan: zaryadning kattaligi uning harakat tezligiga bog'liq emas (ya'ni, zaryadning kattaligi inertial sanoq sistemalariga nisbatan o'zgarmasdir va bunga bog'liq emas). u harakatlanmoqda yoki dam oladi).

Elektr zaryadi qo'shimcha hisoblanadi, ya'ni har qanday jismlar (zarralar) tizimining zaryadi tizimga kiritilgan jismlar (zarralar) zaryadlarining yig'indisiga teng.

Elektr zaryadi ko'plab tajribalardan so'ng o'rnatilgan saqlanish qonuniga bo'ysunadi. Elektr yopiq tizimda umumiy umumiy zaryad saqlanib qoladi va tizimda sodir bo'ladigan har qanday jismoniy jarayonlar davomida doimiy bo'lib qoladi. Ushbu qonun zaryadlar kiritilmagan yoki olib tashlanmaydigan izolyatsiyalangan yopiq elektr tizimlari uchun amal qiladi. Bu qonun juft bo‘lib tug‘ilib yo‘q bo‘lib ketadigan, umumiy zaryadi nolga teng bo‘lgan elementar zarralar uchun ham amal qiladi.

Elektr zaryadi - bu ba'zi elementar zarrachalarga xos bo'lgan jismoniy miqdor. U orqali zaryadlangan jismlar orasidagi tortishish va itarish kuchlari orqali o'zini namoyon qiladi elektromagnit maydon. Zaryadning fizik xossalarini va zaryad turlarini ko'rib chiqamiz.

Elektr zaryadi haqida umumiy tushuncha

Nol bo'lmagan elektr zaryadiga ega bo'lgan materiya elektromagnit maydon bilan faol o'zaro ta'sir qiladi va o'z navbatida bu maydonni yaratadi. Zaryadlangan jismning elektromagnit maydon bilan o'zaro ta'siri insonga ma'lum bo'lgan to'rt turdagi kuchlarning o'zaro ta'siridan biridir. Zaryadlar va zaryadlarning turlari haqida gapirganda, shuni ta'kidlash kerakki, standart model nuqtai nazaridan elektr zaryadi tananing yoki zarraning elektromagnit maydon tashuvchilari - fotonlarni - boshqa zaryadlangan jism yoki elektromagnit bilan almashish qobiliyatini aks ettiradi. maydon.

Bittasi muhim xususiyatlar har xil turlari zaryad - ajratilgan tizimda ularning yig'indisining saqlanishi. Ya'ni, tizim ichida sodir bo'ladigan o'zaro ta'sir turidan qat'i nazar, umumiy zaryad cheksiz uzoq vaqt davomida saqlanadi.

Elektr zaryadi uzluksiz emas. Robert Millikanning tajribalari elektr zaryadining diskret tabiatini ko'rsatdi. Tabiatda mavjud bo'lgan zaryadlarning turlari ijobiy yoki salbiy bo'lishi mumkin.

Ijobiy va manfiy zaryadlar

Ikki turdagi zaryadlarning tashuvchilari protonlar va elektronlardir. Tarixiy sabablarga ko'ra elektronning zaryadi manfiy hisoblanadi, -1 qiymatiga ega va -e bilan belgilanadi. Proton +1 musbat zaryadga ega va +e bilan belgilanadi.

Agar tanada elektronlardan ko'ra ko'proq proton bo'lsa, u musbat zaryadlangan hisoblanadi. Tabiatdagi musbat turdagi zaryadning yorqin misoli shisha tayoqchaning ipak mato bilan ishqalangandan keyin zaryadlanishidir. Shunga ko'ra, agar jismda protondan ko'proq elektron bo'lsa, u manfiy zaryadlangan hisoblanadi. Ushbu turdagi elektr zaryadi plastik o'lchagichda jun bilan ishqalanganda kuzatiladi.

E'tibor bering, proton va elektronning zaryadi juda kichik bo'lsa ham, elementar emas. Kvarklar topildi - elektron va proton zaryadiga nisbatan ±1/3 va ±2/3 zaryadga ega elementar zarrachalarni tashkil etuvchi "qurilish bloklari".

Birlik

Ijobiy va manfiy zaryadlarning turlari xalqaro SI birliklar tizimida kulonlarda o'lchanadi. 1 kulonlik zaryad juda katta zaryad bo'lib, u 1 sekundda 1 amper tok kuchida o'tkazgichning ko'ndalang kesimidan o'tishi bilan tavsiflanadi. Bitta kulon 6,242 * 10 18 erkin elektronga to'g'ri keladi. Demak, bitta elektronning zaryadi -1/(6,242*10 18) = - 1,602*10 -19 kulon. Xuddi shu qiymat, faqat ortiqcha belgisi bilan, tabiatdagi zaryadning boshqa turiga - protonning musbat zaryadiga xosdir.

Elektr zaryadining qisqacha tarixi

Qadimgi Yunoniston davridan beri ma'lumki, agar siz teringizni amberga surtsangiz, u engil jismlarni, masalan, somon yoki qush patlarini jalb qilish qobiliyatiga ega bo'ladi. Bu kashfiyot bundan 2500 yil avval yashagan yunon faylasufi Miletlik Falesga tegishli.

1600 yilda ingliz shifokori Uilyam Gilbert ko'plab materiallar ishqalanganda o'zini amber kabi tutishini payqadi. Qadimgi yunon tilidagi "qahrabo" so'zi "elektron" kabi eshitiladi. Gilbert bu atamani barcha ana shunday hodisalar uchun ishlata boshladi. Keyinchalik "elektr" va "elektr zaryadi" kabi boshqa atamalar paydo bo'ldi. Gilbert o‘z ishida magnit va elektr hodisalarini ham ajrata olgan.

Elektr zaryadlangan jismlar orasidagi tortishish va itarilish mavjudligi haqidagi kashfiyot fizik Stefan Greyga tegishli. Ikki turdagi elektr zaryadlari mavjudligini birinchi bo'lib taklif qilgan olim frantsuz kimyogari va fizigi Sharl Fransua Dyufay edi. Elektr zaryadi hodisasini Benjamin Franklin ham batafsil o'rgangan. 18-asr oxirida frantsuz fizigi Sharl Avgustin de Kulon oʻzining mashhur qonunini kashf etdi.

Shunga qaramay, bu kuzatuvlarning barchasi faqat 19-asrning o'rtalariga kelib elektr energiyasining izchil nazariyasini shakllantirishga muvaffaq bo'ldi. Bu erda elektroliz jarayonlarini o'rganish bo'yicha Maykl Faraday va elektromagnit hodisalarni to'liq tasvirlab bergan Jeyms Maksvell ishlarining ahamiyatini ta'kidlash kerak.

Elektr va diskret elektr zaryadining tabiati haqidagi zamonaviy g'oyalar elektronni kashf etgan Jozef Tomson va uning zaryadini o'lchagan Robert Millikanning ishlariga bog'liq.

Magnit moment va elektr zaryadi

Benjamin Franklin zaryad turlarini aniqladi. Ulardan ikkitasi bor: ijobiy va salbiy. Bir xil ishorali ikkita zaryad qaytaradi va qarama-qarshi belgining ikkita zaryadi tortadi.

Kvant mexanikasi va zarralar fizikasining paydo bo'lishi bilan zarralar elektr zaryadidan tashqari magnit momentga ega ekanligi ko'rsatildi, bu spin deb ataladi. Elementar zarrachalarning elektr va magnit xossalari tufayli tabiatda elektromagnit maydon mavjud.

Elektr zaryadining saqlanish printsipi

Ko'pgina tajribalar natijalariga ko'ra, elektr zaryadining saqlanish printsipi shuni ko'rsatadiki, zaryadni yo'q qilish yoki uni yo'qdan yaratishning hech qanday usuli yo'q va izolyatsiya qilingan tizimdagi har qanday elektromagnit jarayonlarda umumiy elektr zaryadi saqlanib qoladi.

Elektrifikatsiya jarayoni natijasida proton va elektronlarning umumiy soni o'zgarmaydi, faqat zaryadlarning ajralishi mavjud. Elektr zaryadi tizimning ilgari bo'lmagan qismida paydo bo'lishi mumkin, ammo tizimning umumiy zaryadi hali ham o'zgarmaydi.

Elektr zaryadining zichligi

Zaryad zichligi uning uzunligi, maydoni yoki bo'shliq hajmiga to'g'ri keladigan miqdorini anglatadi. Shu munosabat bilan ular uning zichligining uchta turi haqida gapiradilar: chiziqli, sirt va hajmli. Ikki turdagi zaryad borligi sababli, zichlik ham ijobiy va salbiy bo'lishi mumkin.

Elektr zaryadi kvantlangan, ya'ni diskret bo'lishiga qaramay, bir qator tajriba va jarayonlarda uning tashuvchilari soni shunchalik ko'pki, ularni butun tanada bir tekis taqsimlangan deb hisoblash mumkin. Bu yaxshi yaqinlik bizga elektr hodisalari uchun bir qator muhim eksperimental qonunlarni olish imkonini beradi.

Buralish balansidagi ikkita nuqtaviy zaryadning, ya'ni ular orasidagi masofa ularning o'lchamlaridan sezilarli darajada oshadigan zaryadlarning harakatini o'rganar ekan, Charlz Kulon 1785 yilda elektr zaryadlari orasidagi o'zaro ta'sir qonunini kashf etdi. Olim bu qonunni quyidagicha shakllantirgan:

Tinch holatdagi ikkita nuqta zaryadlari o'zaro ta'sir qiladigan har bir kuchning kattaligi ularning elektr zaryadlarining mahsulotiga to'g'ridan-to'g'ri proportsional va ularni ajratib turadigan masofaning kvadratiga teskari proportsionaldir. O'zaro ta'sir kuchlari zaryadlangan jismlarni bog'laydigan chiziq bo'ylab yo'naltiriladi.

E'tibor bering, Kulon qonuni zaryadlar turiga bog'liq emas: zaryad belgisini o'zgartirish uning modulini saqlab qolgan holda, faqat ta'sir qiluvchi kuchning yo'nalishini teskari tomonga o'zgartiradi. Kulon qonunidagi mutanosiblik koeffitsienti zaryadlar hisobga olinadigan muhitning dielektrik o'tkazuvchanligiga bog'liq.

Shunday qilib, Kulon kuchi formulasi quyidagi ko`rinishda yoziladi: F = k*q 1 *q 2 /r 2, bu yerda q 1, q 2 - zaryadlarning kattaliklari, r - zaryadlar orasidagi masofa, k. = 9*10 9 N*m 2 /Cl 2 - vakuum uchun proportsionallik koeffitsienti.

Umumjahon dielektrik o'tkazuvchanligi e 0 va materialning dielektrik o'tkazuvchanligi e orqali o'tgan k doimiysi quyidagicha ifodalanadi: k = 1/(4*pi*e*e 0), bu erda pi - pi soni va e > 1 uchun har qanday vosita.

Kulon qonuni amalda emas quyidagi holatlar:

zaryadlangan zarralar harakatlana boshlaganda va ayniqsa ularning tezligi yorug'lik tezligiga yaqinlashganda;
zaryadlar orasidagi masofa ularning geometrik o'lchamlariga nisbatan kichik bo'lganda.

Shunisi qiziqki, Kulon qonunining matematik shakli butun dunyo tortishish qonuni bilan mos keladi, bunda elektr zaryadining rolini tananing massasi bajaradi.

Elektr zaryadini uzatish va elektrlashtirish usullari

Elektrifikatsiya deganda elektr neytral jism nolga teng bo'lmagan zaryadga ega bo'lgan jarayon tushuniladi. Bu jarayon elementar zaryad tashuvchilarning, ko'pincha elektronlarning harakati bilan bog'liq. Siz tanani quyidagi usullardan foydalanib elektrlashtirishingiz mumkin:

Aloqa natijasida. Agar zaryadlangan jism o'tkazuvchan materialdan tashkil topgan boshqa jismga tegsa, ikkinchisi elektr zaryadiga ega bo'ladi.
Izolyatorning boshqa materialga ishqalanishi.
Elektr induksiyasi. Ushbu hodisaning mohiyati tashqi elektr maydonining ta'siri tufayli tana ichidagi elektr zaryadlarini qayta taqsimlashdir.
Fotoelektrik effekt - bu elektronlar ajralib chiqadigan hodisa qattiq unga ta'siri tufayli elektromagnit nurlanish.
Elektroliz. Tuzlar, kislotalar va ishqorlarning eritmalari va eritmalarida sodir bo'ladigan fizik va kimyoviy jarayon.
Termoelektrik effekt. IN Ushbu holatda elektrifikatsiya tanadagi harorat gradyanlari tufayli sodir bo'ladi.