1-mavzu: Elektrostatika. Ma’ruza rejasi

1-MAVZU: Elektrostatika.

Ma’ruza rejasi:

Elektrostatika. Elektr zaryadi. Zaryadning diskertligi. Elektr zaryadining saqlanish qonuni. Kulon qonuni. Elektr maydon. Elektr maydon kuchlanganligi. Maydonlar superpozitsiyasi.

Tabiatda elektr zaryadlarni ikki turi mavjud, ular esa musbat va manfiy zaryadlar deyiladi. Elektr zaryad elementar zarrachadan tashkil topgan.

Bir-biriga ishqalanishi natijasida jismlarning elektrlanishini ko’p kuzatgansiz. Masalan, gilam yoki linoleum to’shalgan honada bir oz yurib, so’ng biror metall jismga qo’lingizni tekkizsangiz, behosdan titraysiz. Bundan tashqarii, ishqalanuvchi sintetik materiallarning turli qismlari bir-biriga tegishi natijasida vujudga keladigan uchqunlarni kuzatish mumkin. Bu hodisalarga sabab ishqalanayotgan jismlarning zaryadlanishi va bu zaryadlarning o’zaro ta’sirlashuvidir.

Jismlarda zaryadlar mavjud edimi yoki ular ishqalanish natijasida paydo bo’ldimi?

Ma’lumki, atomlar musbat zaryadlangan yadro va yadro atrofida berk orbitalar bo’yicha aylanadigan elektronlardan iborat. Zaryadlanmagan jism atomlarida elektronlarning manfiy zaryadlari yig’indisi yadroning musbat zaryadiga teng. Bunday jismlarni elektroneytral jismlar deb ataladi. Agar biror ta’sir natijasida elektroneytrallik buzilsa, bunday jism zaryadlangan bo’ladi. Jismdagi manfiy zaryadlar musbat zaryadlardan ortiq bo’lsa, jism manfiy zaryadlangan, aksincha, kam bo’lsa, jism musbat zaryadlangan deyiladi. Har qanday manfiy (yoki musbat) zaryadlangan jismning zaryadi elektron (yoki proton) ning zaryadiga karrali, ya’ni kvantlangan bo’ladi. Boshqacha aytganda, jismlarning zaryadi fakat e, 2e, 3e, .... Ne qiymatlarga ega bo’ladi, bunda e – elektronning zaryadi. Elektron va protonning zaryadlari kattaliklari jihatidan teng, ishoralari esa qarama-qarshi. Shuning uchun elektron (yoki proton) ning elektr zaryadini elementar zaryad deb atash mumkin.

Elektr zaryadning o’lchov birligi sifatida kulon (Kl) qabul qilingan: tok kuchi 1 amper (A) bo’lgan uchgarmas elektr tok o’tayotgan o’tkazgichning kundalang kesimidan 1 sekund davomida okib o’tadigan zaryad miqdori 1 kulondir, ya’ni

1 Kl1 As.

Tok kuchining o’lchov birligi (A) tokli o’tkazgichlarning o’zaro ta’siri asosida qabul qilingan. Bu birlik bilan elektromagnetizm hodisalarini o’rganayotganda tanishamiz.

Tajribalar asosida elementar zaryad kattaligi e1,610^–19 Kl ekanligi aniqlangan.

Ikki jismning bir-biri bilan o’zaro ta’sirlashuvi tufayli bir jismda ma’lum miqdorda manfiy zaryad vujudga kelsa, ikkinchi jismda huddi shuncha miqdorda musbat zaryad vujudga keladi. Masalan, ikki xil jismning bir-biriga tegishi (kontakti) natijasida birinchi jism atomlarining valent elektronlari ikkinchi jismga utadi. Lekin ikkala jismdagi barcha manfiy zaryadlar va barcha musbat zaryadlarning miqdorlari o’zgarmaydi.

Demak, zaryadlar yangidan paydo bo’lmaydi ham, yukolmaydi ham. Ular jismlarda mavjud, fakat bir jismdan ikkinchi jismga yoki jismning bir qismidan ikkinchi qismiga kuchadi, holos. Bu hulosa zaryadlarning saqlanish qonuni deyiladi. Bu qonunni yana bunday ham ta’riflash mumkin:

Har qanday izolyatsiyalangan (tashqi jismlar bilan elektr zaryad almashinmaydigan) sistemada elektr zaryadlarning algebraik yig’indisii o’zgarmaydi:

q_iconst, (1)

bunda q_i – sistema tarkibidagi ayrim jismlar elektr zaryadlarining miqdori.

Bir-biriga ishqalanishi natijasida jismlarning elektrlanishini ko’p kuzatgansiz. Masalan, gilam yoki linoleum to’shalgan honada bir oz yurib, sung biror metall jismga qo’lingizni tekkizsangiz, behosdan titraysiz. Bundan tashqarii, ishqalanuvchi sintetik materiallarning turli qismlari bir-biriga tegishi natijasida vujudga keladigan uchqunlarni kuzatish mumkin. Bu hodisalarga sabab ishqalanayotgan jismlarning zaryadlanishi va bu zaryadlarning o’zaro ta’sirlashuvidir.

Jismlarda zaryadlar mavjud edimi yoki ular ishqalanish natijasida paydo bo’ldimi?

Ma’lumki, atomlar musbat zaryadlangan yadro va yadro atrofida berk orbitalar bo’yicha aylanadigan elektronlardan iborat. Zaryadlanmagan jism atomlarida elektronlarning manfiy zaryadlari yig’indisi yadroning musbat zaryadiga teng. Bunday jismlarni elektroneytral jismlar deb ataladi. Agar biror ta’sir natijasida elektroneytrallik buzilsa, bunday jism zaryadlangan bo’ladi. Jismdagi manfiy zaryadlar musbat zaryadlardan ortiq bo’lsa, jism manfiy zaryadlangan, aksincha, kam bo’lsa, jism musbat zaryadlangan deyiladi. Har qanday manfiy (yoki musbat) zaryadlangan jismning zaryadi elektron (yoki proton) ning zaryadiga karrali, ya’ni kvantlangan bo’ladi. Boshqacha aytganda, jismlarning zaryadi fakat e, 2e, 3e, .... Ne qiymatlarga ega bo’ladi, bunda e – elektronning zaryadi. Elektron va protonning zaryadlari kattaliklari jihatidan teng, ishoralari esa qarama-qarshi. Shuning uchun elektron (yoki proton) ning elektr zaryadini elementar zaryad deb atash mumkin.

Elektr zaryadning o’lchov birligi sifatida kulon (Kl) qabul qilingan: tok kuchi 1 amper (A) bo’lgan uchgarmas elektr tok o’tayotgan o’tkazgichning kundalang kesimidan 1 sekund davomida okib o’tadigan zaryad miqdori 1 kulondir, ya’ni

1 Kl1 As.

Tok kuchining o’lchov birligi (A) tokli o’tkazgichlarning o’zaro ta’siri asosida qabul qilingan. Bu birlik bilan elektromagnetizm hodisalarini o’rganayotganda tanishamiz.

Tajribalar asosida elementar zaryad kattaligi e1,610^–19 Kl ekanligi aniqlangan.

Ikki jismning bir-biri bilan o’zaro ta’sirlashuvi tufayli bir jismda ma’lum miqdorda manfiy zaryad vujudga kelsa, ikkinchi jismda huddi shuncha miqdorda musbat zaryad vujudga keladi. Masalan, ikki xil jismning bir-biriga tegishi (kontakti) natijasida birinchi jism atomlarining valent elektronlari ikkinchi jismga utadi. Lekin ikkala jismdagi barcha manfiy zaryadlar va barcha musbat zaryadlarning miqdorlari o’zgarmaydi.

Demak, zaryadlar yangidan paydo bo’lmaydi ham, yukolmaydi ham. Ular jismlarda mavjud, fakat bir jismdan ikkinchi jismga yoki jismning bir qismidan ikkinchi qismiga kuchadi, holos. Bu hulosa zaryadlarning saqlanish qonuni deyiladi. Bu qonunni yana bunday ham ta’riflash mumkin:

Har qanday izolyatsiyalangan (tashqi jismlar bilan elektr zaryad almashinmaydigan) sistemada elektr zaryadlarning algebraik yig’indisii o’zgarmaydi:

q_iconst, (2)

bunda q_i – sistema tarkibidagi ayrim jismlar elektr zaryadlarining miqdori.