|
8-Маъруза.
Elektrostatik maydon.
1.. Электростатика. Электр заряди. Электр зарядининг сақланиш қонуни
Физика фанини ўрганишнинг асосини умумий физика фани, шу жумладан, унинг бўлинмас қисми бўлган “Электр ва магнетизм” курси ташкил қилади. Фан мавзуларини чуқур ўрганиш электр ва магнетизм ҳодисалари билан боғлиқ бўлган фундаментал ва амалий масалаларни ечишда, мураккаб электр жиҳоз асбобларни яратишда ва кенг қўлланилишида муҳим аҳамият касб этади.
Баъзи бир асосий электро магнит ҳодисалари қадим-қадимдан маълум бўлган, масалан эрамиздан аввалги 7-асрдаёқ қадимги грек олими Фалес қахрабони ипак матога ишқалаганда у енгил жисмларни ўзига тортишини кўрсатиб ўтган. 16-аср охирида инглиз врачи ва физиги В.Гилъберт бир қатор тажрибалар ўтказиб, нафақат қахрабо ва балким ойна, форфор ва бошқа жисмларнинг тери хамда шунга ўхшаган юмшоқ матолар билан ишқалаганда уларда тортиш хусусияти пайдо бўлишини аниқлади. У бу ҳодисани электрланиш деб аталади.
Мактаб физика курсидан маълумки, у ёки бу йўл билан электрланган жисмлар бир-бири билан ўзаро таъсирлашади. Бу ўзаро таъсирни тасвирлаш учун электр майдони деган тушунча киритилади. Зарядланган жисмлар фазода электр майдонини ҳосил қилади деб айтилади, бу эса унинг майдонига киритилган ҳар қандай жисм билан ўзаро таъсирлашишига асосланади таъсирлашади.
Агар майдоннинг характеристикаси вақтга боғлиқ бўлмаса, унга электростатик майдон дейилади.
Электр заряди. Электростатик ўзаро таъсирни тажрибада ўрганиш шундай хулосага олиб келадики, электрланган жисмни скаляр физик катталик - электр заряди билан характерлаш мумкиндир.
Электр зарядини аниқлаш учун қуйидагича тажриба қиламиз. Электростатик майдоннинг қандайдир нуқтасига навбат билан турли хил зарядланган жисмларни жойлаштирамиз ва унга майдон томонидан таъсир қилган кучларни аниқлаймиз. Агар майдонни ҳосил қилувчи ва унга киритилган жисмларнинг ўлчами улар орасидаги масофага нисбатан кичик бўлса, тажриба кўрсатадики, ўзаро таъсир кучлар битта тўғри чизиқ бўйлаб таъсир қилади, лекин бу таъсир баъзи бир жисмлар билан бир йўналишда, бошқалари билан эса қарама-қарши йўналишда бўлади. Шунга асосан, барча зарядланган жисмлар иккига бўлинади ва қарама-қарши ишорали зарядлар билан характерланади, уларнинг абсолют миқдорлари ва га тенг деб олинади. Шу жисмларга таъсир қилувчи кучлар катталикларининг ва нисбатлари уларнинг зарядлари ва нисбатида бўлади, яъни қуйидаги кўринишда ифодаланади:
. (2.1)
Агар биринчи жисмнинг зарядини қ билан, иккинчи зарядни ўлчаш бирлигига қабул қилсак, у (2.1) га асосан қуйидагига эга бўламиз:
=(1 заряд бирлиги) =1 з.б. (2.2)
Шундай қилиб, заряднинг абсолют миқдори сон жиҳатидан шу зарядга ва бирлик зарядга навбатма-навбат майдоннинг шу нуқтасига жойлапштирилган зарядга таъсир қилувчи кучлар нисбатига тенг бўлади. СИ системасида электр ўлчов бирлиги сифатида ток кучи куч бирлиги — 1 Ампер бўлганлиги учун — 1 Кулон ўтказгич кўндаланг кесимидан 1 секундда ўтган 1 Ампер ток кучига мос келади.
1 Кулон=3109 СГСЕq =6,3*1018 та электрон (ёки протон) заряди бор.
Ҳозирги вақтда маълумки, жисмнинг заряди атом таркибига кирувчи элементар заррачаларнинг электр зарядининг борлиги билан аниқланади. (Мусбат зарядланган протонлар ва манфий зарядланган электронлар). Бу ва бошқа зарядланган элементар заррачалар элементар электр зарядига эга бўлади, унинг абсолют миқдори
=1.602.10-19 Кл (2.3)
бу эса битта электроннинг зарядидир ва 1,6*10-19 Кл бўлган заряднинг энг майда бўлакчасидир ёки электр зарядининг табиий ўлчовидир. (Кейинги вақтда кварклар назарияси яна майда заряд борлигини исботламоқда, бу ҳақда биз тўхтаб ўтирмаймиз).
Жисмнинг тўла заряди
, (2.4)
бу ерда - протонлар сони, - электронлар сони.
Протонлар сони электронлар сонига тенг бўлганда =0; электронлар сони кам бўлганда ( < ) жисм мусбат зарядланади, зиёд блганда ( > )- манфий зарядланади.
Шундай қилиб жисм заряди ҳамма вақт элементар заряд катталигига нисбатан бутун ёки дискретдир.
Макроскопик жисмларнинг электр хоссасини ўрганишда, заряднинг бу жисмларда тақсимланишини узлуксиз деб қараш мумкин.
Электрон манфий, ядро эса мусбат зарядлидир. Америка олими Р.Милликен ва рус олими А.Ф.Иоффе электронни манфий зарядли эканлигини ва унинг заряд миқдори =-1,6∙10-19 Кл, массаси эса =9,11∙10-31 кг га тенглигини тажрибада исботлаганлар. Кейинчалик ядро таркибига кирувчи протоннинг заряди ҳам электроннинг зарядига миқдоран тенг, аммо ишораси мусбат =+1,6∙10-19 Кл ва массаси эса =1,67∙10-27 кг эканлиги ва табиатда фақат икки турдаги, яъни манфий ва мусбат зарядлар мавжудлиги исботланган. Шу зарядлардан бири ортиқ ёки кам бўлса жисм зарядланиб қолади. Физика фани тараққиётининг ҳозирги кун босқичида электрон ва протонларнинг заряди энг кичик элементар заряд бўлиб, ҳар қандай зарядланган жисмнинг заряди электрон ёки протоннинг зарядига каррали бўлади, яъни квантланган бўлади. Демак, жисмларнинг заряди фақат 0, е, 2е, 3е, . . ., Nе қийматларга эга бўлади, яъни
(1.1)
Бир хил ишорали зарядланган жисмлар бир-бирларидан қочишади, турли ишоралилари эса бир-бирлари билан тортишади.
Тажриба ҳулосаларини умумлаштириш натижасида М.Фарадей (1791-1867) табиатнинг фундаментал қонуни - зарядларнинг сақланиш қонунини кашф этди. Унга мувофиқ яккаланган системада электр зарядларининг алгебраик йиғиндиси ўзгармайди,
(1.2)
Заряд миқдори турли инерциал саноқ системаларида ўлчанганда уларнинг қийматлари ўзгармаслиги исботланган. Демак, электр заряди релятивистик инвариантдир деган хулосага келамиз, яъни зар-яд миқдори унинг ҳаракат тезлигига боғлиқ эмас. Электр заряди йўқолиши ҳам, янгидан ҳосил бўлиши ҳам мумкин. Аммо доимо қарама-қарши ишорали иккита элементар заряд йўқолади ёки ҳосил бўлади.
Электрон зарядини аниқлашнинг бундан бошқа методлари ҳам бор. Барча экспериментал маълумотларни солиштириш асосида ҳозирги вақтда электрон зарядининг энг аниқ қиймати
=1,6021892∙10-19 Кл
га тенг деб олинади.
Do'stlaringiz bilan baham: |
