Biz to'lovlarning xususiyatlarini sanab o'tamiz

2. Elektr zaryadi bor diskret tabiat

elementar zaryad

Elektr toki. Elektr tokining mavjudligi uchun shartlar. Oqim kuchi va oqim zichligi

Elektr toki - bu zaryadlangan zarralarning yo'naltirilgan harakati. Musbat zaryadlangan zarrachalarning harakat yo'nalishini elektr tokining yo'nalishi deb hisoblashga kelishib olindi. Yopiq zanjirda elektr tokining davom etishi uchun quyidagi shartlar bajarilishi kerak:

Erkin zaryadlangan zarralarning mavjudligi (joriy tashuvchilar);

Elektr maydonining mavjudligi, uning kuchlari zaryadlangan zarrachalarga ta'sir qilib, ularni tartibli harakatga keltiradi;

Ichkarida tashqi kuchlar elektrostatik (Coulomb) kuchlariga qarshi erkin zaryadlarni harakatga keltiradigan oqim manbai mavjudligi.

Elektr tokining miqdoriy xarakteristikalari oqim kuchi I va oqim zichligi j hisoblanadi.

Tok kuchi - ma'lum bir vaqt oralig'ida Dt o'tkazgichning ko'ndalang kesimidan o'tgan Dq zaryadining ushbu intervalga nisbatiga teng bo'lgan skalyar fizik miqdor:

Oqimning SI birligi amper (A) dir.

Agar oqimning kuchi va uning yo'nalishi vaqt o'tishi bilan o'zgarmasa, u holda oqim doimiy deyiladi.

Oqim zichligi j - vektor fizik kattaligi, uning moduli o'tkazgichdagi I oqim kuchining o'tkazgichning S tasavvurlar maydoniga nisbatiga teng:

Oqim zichligi uchun SI birligi kvadrat metrga amper (A/m2).

Linzalardagi yorug'likning sinishi

Ob'ektiv ikki egri chiziqli yoki egri chiziqli va tekis sirt bilan chegaralangan shaffof tanadir.

Ko'pgina hollarda linzalar ishlatiladi, ularning sirtlari sharsimon shaklga ega. Agar linzaning qalinligi d R1 va R2 yuzalarining egrilik radiuslariga nisbatan kichik bo'lsa, linza ingichka deyiladi. Aks holda, linzalar qalin deb ataladi. Ob'ektivning asosiy optik o'qi uning sirtlarining egrilik markazlaridan o'tadigan to'g'ri chiziq deb ataladi. Yupqa linzada asosiy optik o'qning linzaning ikkala yuzasi bilan kesishish nuqtalari linzaning optik markazi deb ataladigan bitta O nuqtaga birlashadi deb taxmin qilishimiz mumkin. Yupqa linza linzaning ikkala yuzasi uchun umumiy bo'lgan va asosiy optik o'qiga perpendikulyar bo'lgan linzaning optik markazidan o'tadigan bitta asosiy tekislikka ega. Ob'ektivning optik markazidan o'tadigan va uning asosiy optik o'qiga to'g'ri kelmaydigan barcha to'g'ri chiziqlar linzalarning ikkilamchi optik o'qlari deb ataladi. Ob'ektivning optik o'qlari bo'ylab harakatlanadigan nurlar (asosiy va ikkilamchi) sinishi sodir bo'lmaydi.

Yupqa linza formulasi:

bu erda n21 \u003d n2 / n1, n2 va n1 ob'ektiv materiali va atrof-muhit uchun mutlaq sinishi ko'rsatkichlari, R1 va R2 linzaning old va orqa (ob'ektga nisbatan) yuzalarining egrilik radiuslari, a1 va a2 - ob'ekt va uning tasvirigacha bo'lgan masofalar, asosiy optik o'qi bo'ylab linzaning optik markazidan hisoblanadi.

Qiymat linzaning fokus uzunligi deb ataladi. Ob'ektivning asosiy optik o'qida optik markazning har ikki tomonida f ga teng teng masofada joylashgan nuqtalar chiziqning asosiy fokuslari deb ataladi. Ob'ektivning asosiy optik o'qiga perpendikulyar bo'lgan F1 va F2 asosiy fokuslari orqali o'tadigan tekisliklarga linzalarning fokus tekisliklari deyiladi. Ikkilamchi optik o'qlarning linzalarning fokus tekisliklari bilan kesishish nuqtalari linzalarning ikkilamchi o'choqlari deb ataladi.

Fokus uzunligi f>0 bo'lsa, linza konverging (musbat) deb ataladi. Ob'ektivning fokus uzunligi f bo'lsa, diverging (salbiy) deb ataladi<0.

N2 >n1 uchun konverging linzalari bikonveks, plano-qavariq va konkav-qavariq (musbat menisk linzalari), markazdan qirralarga yupqalash; diffuzing - bikonkav, plano-konkav va konveks-konkav linzalari (salbiy menisklar), markazdan qirralarga qalinlashadi. p2 uchun n1.

Plank gipotezasi. Foton va uning xossalari. To'lqin-zarralar ikkiligi

Plank gipotezasi - bu gipoteza 1900 yil 14 dekabrda Maks Plank tomonidan ilgari surilgan va termal nurlanish paytida energiya doimiy ravishda emas, balki alohida kvantlarda (qismlarda) chiqariladi va so'riladi. Har bir bunday porsiya-kvant nurlanish chastotasi n ga mutanosib energiyaga ega:

Bu yerda h yoki proportsionallik koeffitsienti, keyinchalik Plank doimiysi deb ataladi. Bu gipotezaga asoslanib, u jismning harorati va shu jism chiqaradigan nurlanish o?rtasidagi bog?liqlikning nazariy kelib chiqishini – Plank formulasini taklif qildi.

Plank gipotezasi keyinchalik eksperimental tarzda tasdiqlandi.

Ushbu gipotezaning rivojlanishi kvant mexanikasining tug'ilish vaqti hisoblanadi.

Foton - bu material, elektr neytral zarracha, elektromagnit maydonning kvanti (elektromagnit o'zaro ta'sir tashuvchisi).

Fotonning asosiy xossalari

1. Elektromagnit maydonning zarrasi.

2. Yorug'lik tezligida harakat qiladi.

3. Faqat harakatda mavjud.

4. Fotonni to‘xtatib bo‘lmaydi: u yo yorug‘lik tezligiga teng tezlikda harakat qiladi, yoki yo‘q; shuning uchun fotonning qolgan massasi nolga teng.

Foton energiyasi:

Nisbiylik nazariyasiga ko'ra, energiya har doim quyidagicha hisoblanishi mumkin:

Demak - fotonning massasi.

foton impulsi. Foton impulsi yorug'lik nuri bo'ylab yo'naltiriladi.

To'lqin-zarralar ikkiligi

19-asr oxiri: fotoelektr effekti va Kompton effekti Nyuton nazariyasini, difraksiya va yorug?lik interferensiyasi hodisalari Gyuygens nazariyasini tasdiqladi.

Shunday qilib, 20-asr boshlarida ko'plab fiziklar. yorug'lik ikkita xususiyatga ega degan xulosaga keldi:

1. Tarqalganda, u to'lqin xususiyatlarini namoyon qiladi.

2. Modda bilan o‘zaro ta’sirlashganda u korpuskulyar xossalarni namoyon qiladi. Uning xususiyatlari to'lqinlar yoki zarralar bilan cheklanmaydi.

Qanchalik v qancha ko'p bo'lsa, yorug'likning kvant xossalari shunchalik aniq, to'lqin xossalari shunchalik kam bo'ladi.

Demak, har qanday nurlanish ham to‘lqin, ham kvant xossalariga ega. Shuning uchun fotonning qanday namoyon bo'lishi - to'lqin yoki zarracha sifatida - unda olib borilgan tadqiqotning tabiatiga bog'liq.

Ruterford tajribalari. Atomning sayyoraviy modeli

Musbat zaryadning taqsimlanishini va shuning uchun atom ichidagi massani eksperimental o'rganish uchun Rezerford 1906 yilda atomni a-zarralar yordamida tekshirishni taklif qildi. Ularning massasi elektronning massasidan taxminan 8000 marta, musbat zaryad esa modul bo'yicha elektron zaryadining ikki barobariga teng. a-zarrachalarning tezligi juda katta: u yorug'lik tezligining 1/15 qismini tashkil qiladi. Ushbu zarralar bilan Rezerford og'ir elementlarning atomlarini bombardimon qildi. Elektronlar kichik massasi tufayli a-zarrachaning traektoriyasini sezilarli darajada o'zgartira olmaydi va uning tezligini sezilarli darajada o'zgartira olmaydi. a-zarrachalarning tarqalishi (harakat yo'nalishini o'zgartirish) faqat atomning musbat zaryadlangan qismi tomonidan sodir bo'lishi mumkin. Shunday qilib, a-zarrachalarning tarqalishidan atom ichidagi musbat zaryad va massaning tarqalish xarakterini aniqlash mumkin. Qo'rg'oshin tsilindrining 1 ichiga radioaktiv preparat, masalan, radiy joylashtirildi, uning bo'ylab tor kanal burg'ulandi. Kanaldan a-zarrachalar nuri o'rganilayotgan materialdan (oltin, mis va boshqalar) yasalgan yupqa folga 2 ga tushdi. Tarqalgandan so'ng, a-zarralar rux sulfid bilan qoplangan yarim shaffof ekranga 3 urildi. Har bir zarrachaning ekran bilan to'qnashuvi mikroskopda kuzatilishi mumkin bo'lgan yorug'lik chaqnashi (scintillation) bilan birga bo'ldi 4. Butun apparat havo evakuatsiya qilingan idishga joylashtirildi.

Atom bo'ylab taqsimlanganda, musbat zaryad a-zarrachani orqaga tashlashga qodir bo'lgan etarlicha kuchli elektr maydonini yarata olmaydi. Maksimal itarilish kuchi Kulon qonuni bilan belgilanadi:

bu yerda qa - a-zarrachaning zaryadi; q - atomning musbat zaryadi; r - uning radiusi; k - mutanosiblik koeffitsienti. Bir tekis zaryadlangan to'pning elektr maydon kuchi to'p yuzasida maksimal bo'lib, markazga yaqinlashganda nolga kamayadi. Shuning uchun r radiusi qanchalik kichik bo'lsa, a-zarralarni qaytaruvchi kuch shunchalik katta bo'ladi. Bu nazariya a-zarrachalarning tarqalishi bo'yicha tajribalarni tushuntirish uchun mutlaqo zarur bo'lib tuyuladi. Ammo bu model asosida atomning mavjudligini, uning barqarorligini tushuntirish mumkin emas. Axir, elektronlarning orbitalarda harakati tezlashuv bilan sodir bo'ladi va juda sezilarli. Maksvellning elektrodinamika qonunlariga ko'ra, tezlashtirilgan zaryad yadro atrofida uning aylanish chastotasiga teng chastotali elektromagnit to'lqinlarni chiqarishi kerak. Radiatsiya energiya yo'qolishi bilan birga keladi. Energiyani yo'qotib, elektronlar yadroga yaqinlashishi kerak, xuddi sun'iy yo'ldosh atmosferaning yuqori qismida tormozlanganda Yerga yaqinlashadi. Nyuton mexanikasi va Maksvell elektrodinamikasiga asoslangan qat'iy hisob-kitoblar shuni ko'rsatadiki, elektron arzimas vaqt ichida yadroga tushishi kerak. Atom mavjud bo'lishni to'xtatishi kerak.

Aslida, bu kabi hech narsa sodir bo'lmaydi. Bundan kelib chiqadiki, klassik fizika qonunlari atom miqyosidagi hodisalarga taalluqli emas. Rezerford atomning sayyoraviy modelini yaratdi: elektronlar yadro atrofida aylanadi, xuddi sayyoralar quyosh atrofida aylanadi. Ushbu model oddiy, eksperimental asoslanadi, ammo atomning barqarorligini tushuntirishga imkon bermaydi.

Issiqlik miqdori

Issiqlik miqdori - issiqlik uzatish jarayonida tananing oladigan (yoki beradigan) ichki energiya o'zgarishining o'lchovidir.

Shunday qilib, ish ham, issiqlik miqdori ham energiyaning o'zgarishini tavsiflaydi, lekin energiya bilan bir xil emas. Ular tizimning o'zi holatini tavsiflamaydi, balki holat o'zgarganda energiyaning bir shakldan ikkinchisiga (bir jismdan ikkinchisiga) o'tish jarayonini aniqlaydi va mohiyatan jarayonning xususiyatiga bog'liq.

Ish va issiqlik miqdori o'rtasidagi asosiy farq shundaki, ish energiyaning bir turdan ikkinchisiga (mexanikdan ichkiga) aylanishi bilan birga tizimning ichki energiyasini o'zgartirish jarayonini tavsiflaydi. Issiqlik miqdori energiya almashinuvi bilan birga bo'lmagan ichki energiyani bir jismdan ikkinchisiga (ko'proq qizdirilgandan kamroq qizdirilganga) o'tkazish jarayonini tavsiflaydi.

Tajriba shuni ko'rsatadiki, massasi m bo'lgan jismni T1 haroratdan T2 haroratgacha qizdirish uchun zarur bo'lgan issiqlik miqdori c - moddaning solishtirma issiqligi bo'lgan formula bilan hisoblanadi;

SI o'ziga xos issiqlik birligi kilogramm boshiga joul - Kelvin (J / (kg K)).

Maxsus issiqlik sig'imi c massasi 1 kg bo'lgan jismni 1 K ga qizdirish uchun unga berilishi kerak bo'lgan issiqlik miqdoriga son jihatdan teng.

KT tanasining issiqlik sig'imi son jihatdan tana haroratini 1 K ga o'zgartirish uchun zarur bo'lgan issiqlik miqdoriga teng:

Jismning issiqlik sig'imining SI birligi - Kelvinga joule (J/K).

Suyuqlikni doimiy haroratda bug'ga aylantirish uchun zarur bo'lgan issiqlik miqdori

Bu erda L - bug'lanishning o'ziga xos issiqligi. Bug 'kondensatsiyalanganda, bir xil miqdorda issiqlik chiqariladi.

Erish nuqtasida massasi m bo'lgan kristall jismni eritish uchun tanaga issiqlik miqdori haqida xabar berish kerak.

bu yerda l - sintezning solishtirma issiqligi. Tananing kristallanishi paytida bir xil miqdordagi issiqlik chiqariladi.

m massali yoqilg'ining to'liq yonishi paytida ajralib chiqadigan issiqlik miqdori,

bu yerda q - yonishning solishtirma issiqligi.

Bug'lanish, erish va yonishning o'ziga xos issiqliklarining SI birligi kilogramm uchun joul (J/kg).

Elektr zaryadi va uning xususiyatlari. diskretlik. elementar elektr zaryadi. Elektr zaryadining saqlanish qonuni.

Elektr zaryadi - bu elektromagnit o'zaro ta'sirni tavsiflovchi jismoniy miqdor. Agar tanada elektronlar ko'p bo'lsa, manfiy zaryadlangan, ijobiy - tanqislik.

Biz to'lovlarning xususiyatlarini sanab o'tamiz

1. Ikki xil to'lovlar mavjud; salbiy va ijobiy. Qarama-qarshi zaryadlar o'ziga tortadi, xuddi zaryadlar qaytaradi. Elementarning tashuvchisi, ya'ni. Eng kichik, manfiy zaryad elektron bo'lib, uning zaryadi qe = -1,6 * 10-19 C, massasi esa me = 9,1 * 10-31 kg. Elementar musbat zaryadning tashuvchisi proton qr=+1,6*10-19C, massasi mr=1,67*10-27kg.

2. Elektr zaryadi bor diskret tabiat. Demak, har qanday jismning zaryadi elektron zaryadiga karrali q=Nqe, bu yerda N butun sondir. Biroq, qoida tariqasida, biz zaryadning diskretligini sezmaymiz, chunki elementar zaryad juda kichik.

3. Izolyatsiya qilingan tizimda, ya'ni. jismlari o'zidan tashqaridagi jismlar bilan zaryad almashmaydigan sistemada zaryadlarning algebraik yig'indisi saqlanib qoladi (zaryadning saqlanish qonuni).

4. Elektron pochta zaryad har doim bir tanadan boshqasiga o'tishi mumkin.

5. SIda zaryad birligi kulon (C) dir. Ta'rifga ko'ra, 1 kulon o'tkazgichning kesishmasidan 1 sekundda 1 A oqimda oqadigan zaryadga teng.

6. 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 biz tashqi tomondan elektr zaryadlari kiritilmaydigan va undan olib tashlanmaydigan jismlar tizimini chaqiramiz.

Tabiatning hech bir joyida va hech qachon bir xil belgili elektr zaryadi paydo bo'lmaydi va yo'qolmaydi. Musbat elektr zaryadining paydo bo'lishi doimo mutlaq qiymatga teng bo'lgan manfiy zaryadning paydo bo'lishi bilan birga keladi. Na musbat, na manfiy zaryad alohida-alohida yo'qolishi mumkin emas, ular mutlaq qiymatda teng bo'lgan taqdirdagina bir-birini o'zaro neytrallashtira oladi.

Shunday qilib, elementar zarralar bir-biriga aylanishga qodir. Lekin har doim zaryadlangan zarralar tug'ilganda, 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.

elementar zaryad- bo'linib bo'lmaydigan minimal to'lov.

Elementar elektr zaryadi - bu asosiy fizik konstanta, elektr zaryadining minimal qismi (kvant). Taxminan teng

e=1,602 176 565 (35) 10 -19 S

Xalqaro birliklar tizimida (SI). Elektromagnit o'zaro ta'sirni tavsiflovchi nozik tuzilish konstantasi bilan chambarchas bog'liq.

"Tajribada kuzatilgan har qanday elektr zaryadi har doim elementar zaryadning ko'paytmasi bo'ladi"- bunday taxmin 1752 yilda B. Franklin tomonidan qilingan va keyinchalik eksperimental ravishda qayta-qayta sinovdan o'tgan. Elementar zaryad birinchi marta 1910 yilda Millikan tomonidan eksperimental ravishda o'lchangan.

Elektr zaryadining tabiatda faqat elementar zaryadlarning butun soni ko'rinishida bo'lishini elektr zaryadining kvantlanishi deb atash mumkin. Shu bilan birga, klassik elektrodinamikada zaryadni kvantlash sabablari masalasi muhokama qilinmaydi, chunki zaryad dinamik o'zgaruvchi emas, balki tashqi parametrdir. Zaryadni nima uchun kvantlash kerakligi haqida qoniqarli tushuntirish hali topilmagan, biroq bir qator qiziqarli kuzatishlar allaqachon olingan.

• · Agar tabiatda magnit monopol mavjud bo'lsa, kvant mexanikasiga ko'ra, uning magnit zaryadi har qanday tanlangan elementar zarrachaning zaryadi bilan ma'lum nisbatda bo'lishi kerak. Bundan avtomatik ravishda kelib chiqadiki, magnit monopolning mavjudligi zaryadning kvantlanishini talab qiladi. Biroq, tabiatda magnit monopolni aniqlashning iloji bo'lmadi.
• · Zamonaviy elementar zarrachalar fizikasida boshqa modellar ishlab chiqilmoqda, ularda barcha ma'lum bo'lgan asosiy zarralar yangi, hatto undan ham asosiy zarralarning oddiy kombinatsiyasi bo'lib chiqadi. Bunday holda, kuzatilgan zarrachalarning zaryadini kvantlash ajablanarli ko'rinmaydi, chunki u "qurilish orqali" paydo bo'ladi.

Kuzatilayotgan zarrachalarning barcha parametrlari hozirda yondashuvlar ishlab chiqilayotgan yagona maydon nazariyasi doirasida tasvirlanishi ham mumkin. Bunday nazariyalarda zarrachalarning elektr zaryadining kattaligi, ehtimol, ultra kichik masofalardagi fazo-vaqt tuzilishi bilan bog'liq bo'lgan juda kam sonli fundamental parametrlardan hisoblanishi kerak. Agar shunday nazariya tuzilgan bo'lsa, u holda biz elementar elektr zaryad sifatida kuzatadigan narsa ma'lum bir diskret fazo-vaqt invariantiga aylanadi. Bunday yondashuv, masalan, S.Bilson-Tompson modelida ishlab chiqilgan bo'lib, unda standart modelning fermiyonlari kosmos-vaqtning o'ralgan uchta lentasi va elektr zaryadi (aniqrog'i, uchinchisi) sifatida talqin etiladi. undan) 180° ga buralgan lentaga mos keladi. Biroq, bunday modellarning nafisligiga qaramay, bu yo'nalishda aniq umumiy qabul qilingan natijalar hali olinmagan.

Nyuton mexanikasidagi jismning tortishish massasi tushunchasi kabi elektrodinamikada zaryad tushunchasi birlamchi, asosiy tushunchadir.

Elektr zaryadi zarralar yoki jismlarning elektromagnit kuchlarning o'zaro ta'siriga kirishi xususiyatini tavsiflovchi fizik miqdor.

Elektr zaryadi odatda harflar bilan belgilanadi q yoki Q.

Barcha ma'lum bo'lgan eksperimental faktlarning yig'indisi bizga quyidagi xulosalar chiqarishga imkon beradi:

An'anaviy ravishda musbat va manfiy deb ataladigan ikki turdagi elektr zaryadlari mavjud.

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 o'ziga xos 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 ko'rsatadi. Gravitatsion kuchlar har doim tortishish kuchlaridir.

Tabiatning asosiy qonunlaridan biri eksperimental tarzda o'rnatilgandir elektr zaryadining saqlanish qonuni .

Izolyatsiya qilingan tizimda barcha jismlarning zaryadlarining algebraik yig'indisi doimiy bo'lib qoladi:

Elektr zaryadining saqlanish qonuni shuni ko'rsatadiki, jismlarning yopiq tizimida faqat bitta belgili zaryadlarning tug'ilishi yoki yo'qolishi jarayonlari kuzatilmaydi.

Zamonaviy nuqtai nazardan, zaryad tashuvchilar elementar zarralardir. Barcha oddiy jismlar atomlardan iborat bo'lib, ular musbat zaryadlangan protonlar, manfiy zaryadlangan elektronlar va neytral zarralar - neytronlarni o'z ichiga oladi. Protonlar va neytronlar atom yadrolarining bir qismidir, elektronlar atomlarning elektron qobig'ini hosil qiladi. Proton va elektron modulining elektr zaryadlari aynan bir xil va elementar zaryadga teng e.

Neytral atomda yadrodagi protonlar soni qobiqdagi elektronlar soniga teng. Bu raqam chaqiriladi atom raqami . Berilgan moddaning atomi bir yoki bir nechta elektronni yo'qotishi yoki qo'shimcha elektron olishi mumkin. Bunday hollarda neytral atom musbat yoki manfiy zaryadlangan ionga aylanadi.

Zaryad bir jismdan ikkinchisiga faqat elementar zaryadlarning butun sonini o'z ichiga olgan qismlarda o'tkazilishi mumkin. Shunday qilib, tananing elektr zaryadi diskret miqdordir:

Faqat diskret qiymatlar qatorini qabul qila oladigan jismoniy miqdorlar deyiladi kvantlangan . elementar zaryad e elektr zaryadining kvanti (eng kichik qismi). Shuni ta'kidlash kerakki, zamonaviy elementar zarralar fizikasida kvarklar deb ataladigan narsa - kasr zaryadli zarralar va Biroq, erkin holatda kvarklar hali kuzatilmagan.

An'anaviy laboratoriya tajribalarida elektr zaryadlari yordamida aniqlanadi va o'lchanadi elektrometr ( yoki elektroskop) - metall novda va gorizontal o'q atrofida aylana oladigan o'qdan iborat qurilma (1.1.1-rasm). Ok uchi metall korpusdan izolyatsiya qilingan. Zaryadlangan jism elektrometrning tayoqchasi bilan aloqa qilganda, bir xil belgili elektr zaryadlari sterjen va o'q bo'ylab taqsimlanadi. Elektr itarish kuchlari o'qning ma'lum bir burchakka burilishiga olib keladi, bu orqali elektrometrning tayog'iga o'tkazilgan zaryadni aniqlash mumkin.

Elektrometr juda qo'pol asbobdir; zaryadlarning o'zaro ta'sir kuchlarini tekshirishga imkon bermaydi. Birinchi marta o'zgarmas zaryadlarning o'zaro ta'sir qilish qonunini 1785 yilda fransuz fizigi Sharl Kulon kashf etgan. Kulon o'z tajribalarida o'zi ishlab chiqqan asbob - buralish balansi yordamida zaryadlangan sharlarni tortish va itarish kuchlarini o'lchagan. 1.1.2), bu juda yuqori sezuvchanlik bilan ajralib turardi. Masalan, muvozanat nuri 10-9 N kuch ta'sirida 1 ° ga aylantirildi.

O'lchovlar g'oyasi Kulonning ajoyib taxminiga asoslangan edi, agar zaryadlangan to'p aynan bir xil zaryadsiz bilan aloqa qilsa, birinchisining zaryadi ular o'rtasida teng taqsimlanadi. Shunday qilib, to'pning zaryadini ikki, uch va hokazo marta o'zgartirish usuli ko'rsatildi. Coulomb tajribalarida o'lchamlari ular orasidagi masofadan ancha kichik bo'lgan to'plar orasidagi o'zaro ta'sir o'lchandi. Bunday zaryadlangan jismlar deyiladi ball to'lovlari.

nuqta zaryadi zaryadlangan jism deb ataladi, bu muammo sharoitida uning o'lchamlarini e'tiborsiz qoldirish mumkin.

Ko'plab tajribalar asosida Kulon quyidagi qonunni o'rnatdi:

Ruxsat etilgan zaryadlarning o'zaro ta'sir kuchlari zaryad modullarining mahsulotiga to'g'ridan-to'g'ri proportsional va ular orasidagi masofaning kvadratiga teskari proportsionaldir:

O'zaro ta'sir kuchlari Nyutonning uchinchi qonuniga bo'ysunadi:

Ular bir xil zaryad belgilariga ega bo'lgan itaruvchi kuchlar va har xil belgilarga ega bo'lgan jozibador kuchlardir (1.1.3-rasm). Ruxsat etilgan elektr zaryadlarining o'zaro ta'siri deyiladi elektrostatik yoki Coulomb o'zaro ta'sir. Kulon o'zaro ta'sirini o'rganadigan elektrodinamika bo'limi deyiladi elektrostatika .

Nuqtali zaryadlangan jismlar uchun Kulon qonuni amal qiladi. Amalda, agar zaryadlangan jismlarning o'lchamlari ular orasidagi masofadan ancha kichik bo'lsa, Kulon qonuni yaxshi qondiriladi.

Proportsionallik omili k Kulon qonunida birliklar tizimini tanlashga bog'liq. Xalqaro SI tizimida zaryad birligi hisoblanadi kulon(CL).

Kulon - bu 1 A oqim kuchida o'tkazgichning kesishmasidan 1 soniyada o'tadigan zaryad. SIda oqim kuchining birligi (Amper) uzunlik, vaqt va massa birliklari bilan birga. asosiy o'lchov birligi.

Koeffitsient k SI tizimida odatda quyidagicha yoziladi:

Qayerda - elektr doimiysi .

SI tizimida elementar zaryad e teng:

Tajriba shuni ko'rsatadiki, Kulon o'zaro ta'sir kuchlari superpozitsiya printsipiga bo'ysunadi:

Agar zaryadlangan jism bir vaqtning o'zida bir nechta zaryadlangan jismlar bilan o'zaro ta'sir qilsa, u holda bu jismga ta'sir qiluvchi kuch boshqa barcha zaryadlangan jismlardan ushbu jismga ta'sir qiluvchi kuchlarning vektor yig'indisiga teng bo'ladi.

Guruch. 1.1.4 uchta zaryadlangan jismning elektrostatik o'zaro ta'siri misolida superpozitsiya tamoyilini tushuntiradi.

Superpozitsiya printsipi tabiatning asosiy qonunidir. Biroq, undan foydalanish cheklangan o'lchamdagi zaryadlangan jismlarning o'zaro ta'sirida (masalan, ikkita o'tkazuvchan zaryadlangan sharlar 1 va 2) ehtiyotkorlik bilan talab qiladi. Agar uchinchi zaryadlangan to'p ikkita zaryadlangan sharlar tizimiga ko'tarilsa, u holda 1 va 2 o'rtasidagi o'zaro ta'sir tufayli o'zgaradi. zaryadni qayta taqsimlash.

Superpozitsiya printsipi qachon ekanligini bildiradi berilgan (qat'iy) zaryad taqsimoti barcha jismlarda har qanday ikki jism o'rtasidagi elektrostatik o'zaro ta'sir kuchlari boshqa zaryadlangan jismlarning mavjudligiga bog'liq emas.

Faraday tomonidan kashf etilgan elektroliz qonunlari elektr energiyasining eng kichik, bo'linmas miqdori mavjudligidan dalolat beradi. Elektroliz jarayonida har qanday valent elementning bir moli zaryadni uzatadi kulon (- Faraday doimiysi). Shunday qilib, bitta atom (aniqrog'i, ion) zaryadga ega

Bir valentli ion zaryadga ega , ikki valentli uchun - zaryad, uch valentli uchun - zaryad va boshqalar.

Agar biz to'lovni qabul qilsak, bu naqshni tushunish oson zaryadning eng kichik qismi, elementar zaryaddir.

Ammo elektroliz qonunlarini bir valentli ion tomonidan olib boriladigan zaryadning o'rtacha qismi degan ma'noda ham tushunish mumkin; valent ionning zaryadni ko'p marta ko'tarish xususiyatini elektrning atom tuzilishi bilan emas, balki faqat ionning xususiyatlari bilan izohlash kerak bo'ladi. Shuning uchun, elementar zaryadning mavjudligi haqidagi savolga aniqlik kiritish uchun elektr energiyasining eng kichik miqdorini o'lchash uchun bevosita tajribalar kerak. Bunday tajribalar 1909 yilda amerikalik fizik Robert Milliken (1868-1953) tomonidan amalga oshirilgan.

Millikanning o'rnatilishi sxematik tarzda rasmda ko'rsatilgan. 348. Uning asosiy qismi tekis kondansat?r 2.3 bo'lib, uning plitalarida kalit 4 yordamida u yoki bu belgining potentsial farqi qo'llanilishi mumkin.

Guruch. 348. Elementar elektr zaryadini o'lchash tajribasi sxemasi. Rentgen trubkasi 7 tomchilarning zaryadini o'zgartirishga xizmat qiladi; uning nurlanishi 2 va 3 plitalar orasidagi hajmda ionlarni hosil qiladi, ular tomchiga yopishib, uning zaryadini o'zgartiradi.

Yog 'yoki boshqa suyuqlikning eng kichik tomchilari purkagich yordamida 1-idishga p?sk?rt?l?r. Bu tomchilarning bir qismi ustki plastinkadagi teshikdan o'tib, kondensator plitalari orasidagi bo'shliqqa tushadi, chiroq 6 bilan yoritiladi. Tomchilar 5-oyna orqali mikroskop orqali kuzatiladi; ular qorong'u fonda yorqin yulduzlarga o'xshaydi.

Kondensator plitalari orasida elektr maydoni bo'lmasa, tomchilar doimiy tezlikda tushadi. Maydon yoqilganda, zaryadsiz tomchilar doimiy tezlikda tushishda davom etadi. Ammo ko'p tomchilar p?sk?rt?ld???nde (ishqalanish orqali elektrifikatsiya) zaryad oladi. Bunday zaryadlangan tomchilarga tortish kuchidan tashqari, elektr maydonining kuchi ham ta'sir qiladi. Zaryadning belgisiga qarab, siz elektr quvvati tortishish kuchi tomon yo'naltirilishi uchun maydonning yo'nalishini tanlashingiz mumkin. Bunday holda, maydon yoqilgandan keyin zaryadlangan tushish maydon yo'qligiga qaraganda pastroq tezlikda tushadi. Siz maydon kuchining qiymatini tanlashingiz mumkin, shunda elektr quvvati tortishish kuchidan oshadi va tomchi yuqoriga ko'tariladi.

Millikan o'rnatishda bir necha soat davomida bir xil tushishni kuzatish mumkin; Buning uchun tomchi kondansat?rning yuqori plitasiga yaqinlasha boshlagan zahoti maydonni o'chirish (yoki kamaytirish) va pastki plastinkaga tushganda uni yana yoqish (yoki oshirish) kifoya qiladi.

Tomchilar harakatining bir xilligi, unga ta'sir qiluvchi kuch tushish tezligiga mutanosib bo'lgan havo qarshiligi bilan muvozanatlanganligini ko'rsatadi. Shuning uchun, bunday tushish uchun biz tenglikni yozishimiz mumkin

bu erda massasi bo'lgan tomchiga ta'sir qiluvchi tortishish kuchi , tushish tezligi, havo qarshiligi kuchi (ishqalanish kuchi), havoning yopishqoqligi va tomchi hajmiga bog'liq bo'lgan koeffitsient.

Mikroskop bilan tomchining diametrini o'lchab, shuning uchun uning massasini bilib, erkin bir tekis tushish tezligini aniqlab, biz (196.1) dan ma'lum bir tomchi uchun o'zgarishsiz qoladigan koeffitsientning qiymatini topishimiz mumkin. Elektr maydonida tezlik bilan ortib borayotgan zaryadli tomchi uchun bir tekis harakatlanish sharti shaklga ega.

(196.2)

(196.2) dan biz olamiz

Shunday qilib, maydon yo'qligida va uning mavjudligida bir xil pasayish bilan o'lchovlarni amalga oshirib, biz tushish zaryadini topamiz. Biz bu to'lovni o'zgartirishimiz mumkin. Shu maqsadda rentgen trubkasi 7 (348-rasm) ishlatiladi, uning yordamida siz kondanserdagi havoni ionlashtirasiz. Olingan ionlar tomchi tomonidan tutiladi va uning zaryadi o'zgaradi va ga teng bo'ladi. Bunday holda, tomchining bir tekis harakat tezligi o'zgaradi va u ga teng bo'ladi, shuning uchun

Bu minimal zaryad, biz ko'rib turganimizdek, elektroliz jarayonida paydo bo'ladigan elementar zaryadga teng. Shuni ta'kidlash kerakki, tushishning boshlang'ich zaryadi "ishqalanish elektr" bo'lib, bu zaryadning o'zgarishi rentgen nurlari tomonidan hosil bo'lgan gaz ionlarining tomchisi tomonidan tutilishi tufayli sodir bo'lgan. Shunday qilib, ishqalanish paytida hosil bo'lgan zaryad, gaz ionlari va elektrolitlar ionlarining zaryadlari bir xil elementar zaryadlardan iborat. Boshqa tajribalar ma'lumotlari bizga ushbu xulosani umumlashtirishga imkon beradi: tabiatda uchraydigan barcha musbat va manfiy zaryadlar elementar zaryadlarning butun sonidan iborat. .

Xususan, elektronning zaryadi mutlaq qiymatda bitta elementar zaryadga teng.

e - =1,6 10 - 19 C (1,9)

Elektr uchun ko'plab formulalar 4p bo'shliq faktorini o'z ichiga oladi. Amaliy muhim formulalarda undan qutulish uchun Kulon qonuni quyidagi shaklda yoziladi:

Shunday qilib (1.11)

Qayerdan (1.12)

e 0 - chaqiriladi elektr doimiysi.

§6: Qisqa masofalar nazariyasi. Elektr maydoni.

Tajriba shuni ko'rsatadiki, elektr zaryadlangan va magnitlangan jismlar, shuningdek, elektr toklari o'tadigan jismlar o'rtasida elektromagnit yoki elektrodinamik deb ataladigan kuchlar mavjud. Bu kuchlarning tabiati haqida fanda ikkita qarama-qarshi nuqtai nazar ilgari surilgan. Avvalgisi (uzoq masofa nazariyasi deb ataladi) hech qanday oraliq moddiy vositachilar ishtirokisiz masofadagi jismlarning to'g'ridan-to'g'ri ta'siri tushunchasidan kelib chiqqan. Shu bilan birga, bunday harakat bir zumda sodir bo'ladi, deb dalilsiz taxmin qilingan, ya'ni. cheksiz tezlik bilan (v®?)!? Hozirgi vaqtda fizikada qabul qilingan yangiroq nuqtai nazar, o'zaro ta'sirlar elektromagnit maydon deb ataladigan maxsus moddiy muhit yordamida uzatiladi (bu qisqa masofali nazariya deb ataladi) g'oyasidan kelib chiqadi. Bu nazariyaga ko'ra, o'zaro ta'sirlarning maksimal tarqalish tezligi yorug'likning vakuumdagi tezligiga teng: v=c (c - vakuumdagi yorug'lik tezligi). Uzoq masofali ta'sir nazariyasi o'z g'oyalarini Nyutonning universal tortishish nazariyasidan oldi. Bir tomondan, osmon mexanikasining ulkan muvaffaqiyatlari, ikkinchi tomondan, tortishish sabablarini hech qanday tarzda tushuntirib bera olmaslik ko'plab olimlarni tortishish va elektromagnit kuchlar tushuntirishga muhtoj emas, balki "tug'ma" degan fikrga olib keldi. materiyaning o'ziga xos xususiyatlari. Matematik nuqtai nazardan, uzoq masofali harakatlar nazariyasi Laplas, Gaus, Ostrogradskiy, Amper, Puassolar mehnati tufayli yuqori darajada mukammallikka erishdi. 19-asr oxirigacha ko?pchilik fiziklar unga ergashdilar. Maykl Faraday boshqa nuqtai nazarga ega bo'lgan deyarli yagona odam edi. U elektromagnit maydonning fizik nazariyasining asoschisi. Faraday nazariyasiga ko'ra, bir jismning boshqasiga ta'siri to'g'ridan-to'g'ri aloqada yoki oraliq vosita orqali uzatilishi mumkin. Shunday qilib, Faraday uzoq masofali ta'sir nazariyasining asosiy ob'ekti bo'lgan zaryad va oqimlarni o'rganishdan diqqat markazini atrofdagi fazoni o'rganishga o'tkazdi. Unda harakat qiluvchi kuchlar bo'lgan bu bo'shliq elektromagnit maydon deb ataladi.

Elektr o'zaro ta'siri quyidagi sxema bo'yicha amalga oshiriladi:

zaryad ® maydoni ® zaryad,

bular. har bir zaryad o'z atrofida elektr maydonini hosil qiladi, bu sohada boshqa barcha zaryadlangan zarrachalarga kuch bilan ta'sir qiladi. Maksvell elektromagnit o'zaro ta'sirlar c»3·10 8 m/s vakuumda yorug'lik tezligida tarqalishi kerakligini ko'rsatdi. Bu qisqa masofalar nazariyasi foydasiga asosiy dalildir. Elektr maydonining tabiati haqida biz uni moddiy deb aytishimiz mumkin, ya'ni. mavjud va faqat unga xos xususiyatlarga ega. Elektromagnit maydonning eng muhim xususiyatlari qatoriga quyidagilar kiradi:

1. Elektr maydoni elektr zaryadlari tomonidan hosil bo'ladi va butun bo'shliqni to'ldiradi.

2. Elektr maydoni zaryadlarga qandaydir kuch bilan ta'sir qiladi.

Maydonlarning superpozitsiyalari printsipi. zaryad zichligi.

Maydon q 1 zaryad bilan yaratilsin. Agar radius vektori bilan aniqlanadigan maydonning berilgan nuqtasi uchun r 12 , Coulomb qonuniga ko'ra, nisbatni oling

bu nisbat endi sinov zaryadiga bog'liq emasligi aniq q 2 va shuning uchun (1.13) ning o'ng tomonidagi ifoda q 1 zaryad tomonidan yaratilgan maydonning xarakteristikasi bo'lib xizmat qilishi mumkin. Bu qiymat deyiladi elektr maydon kuchi E!

Kuchlanish elektron pochtasining kattaligi. zaryaddan r masofada joylashgan maydon q bo'ladi

Kuchlanish vektor kattalikdir. Vektor shaklida u quyidagi shaklga ega:

(1.15) ni hisobga olgan holda Kulon qonunini (1.4) quyidagicha yozish mumkin:

(1.17) dan ko'rinib turibdiki elektr maydon kuchi ta'sir etuvchi kuchga teng yagona ijobiy zaryad.

Kuchlanish o'lchami [E]=H/Kl

Superpozitsiya printsipi

Tajriba shuni ko'rsatadiki, elektr maydoni uchun Maydonlarning superpozitsiyasi printsipi:

Agar - fazoning istalgan nuqtasida alohida zaryadlar tomonidan yaratilgan maydonlarning intensivligi bo'lsa, u holda bir xil nuqtadagi intensivlik intensivliklarning yig'indisiga teng bo'ladi.

bu yerda r i - q i zaryaddan kuzatish nuqtasiga yo'naltirilgan radius vektori.

Bu tamoyil yadrolarning r~10 o'lchamiga qadar amal qiladi - 15 m.

Biz (1.18) dagi intensivliklarning qo'shilishiga e'tibor beramiz vektor! (1.15) va (1.18) formulalar yordamida nafaqat nuqtaviy zaryadlar, balki har qanday shakldagi zaryadlangan jismlar tomonidan yaratilgan elektr maydonining kuchini hisoblash mumkin.

zaryad zichligi.

Agar zaryadlangan tana katta bo'lsa va uni nuqta zaryadi deb hisoblash mumkin bo'lmasa, u holda elektron pochtaning kuchini hisoblash uchun. bunday jismning maydoni, bu jism ichidagi zaryadlarning taqsimlanishini bilish kerak. Bu taqsimot elektr zaryadlarining hajm zichligi deb ataladigan funksiya bilan tavsiflanadi. Ta'rifiga ko'ra, ommaviy zaryad zichligi chaqirdi

Agar r funksiyasi ma'lum bo'lsa, zaryad taqsimoti ma'lum deb hisoblanadi = r(x,y,z).

Agar zaryadlar sirtda joylashgan bo'lsa, unda sirt zaryadining zichligi

Zaryadlarning sirt ustida taqsimlanishi, agar s= s(x, y, z) funksiya ma’lum bo‘lsa, ma’lum hisoblanadi.

Agar to'lovlar chiziq bo'ylab taqsimlangan bo'lsa, biz kiritamiz chiziqli zaryad zichligi, bu ta'rifi bo'yicha:

Agar t =t(x,y,z) funksiya ma'lum bo'lsa, zaryad taqsimoti ma'lum deb hisoblanadi.

§8: Elektr maydon chiziqlari. Nuqtaviy zaryadning maydon kuchi.

Kosmosning har bir nuqtasidagi intensivlik vektori ma'lum bo'lsa, elektr maydoni ma'lum deb hisoblanadi. Siz maydonni qog'ozda tahliliy yoki grafik yordamida o'rnatishingiz yoki ko'rsatishingiz mumkin elektr uzatish liniyasi.