Fizik qonunlar va tenglamalar

Kulon qonuni fizikaning bo'limi. Zaryadlarning o'zaro ta'siri. Kulon qonuni
FIZIK QONUNLAR VA TENGLAMALAR
04.07.2019
D. Giancoli asosidagi nashrlar. "Fizika ikki jildda" 1984 2-jild.
Elektr zaryadlari o'rtasida kuch ishlaydi. Qanday qilib bu zaryadlarning kattaligiga va boshqa omillarga bog'liq?
Bu savol 1780-yillarda frantsuz fizigi Sharl Koulomb (1736-1806) tomonidan o'rganilgan. U tortishish barqarorligini aniqlash uchun Kavandish tomonidan ishlatilgan torsionli shkalalarni ishlatgan.
Agar ip ipga osilgan novda oxirida to'pga nisbatan zaryad bo'lsa, novda bir oz chetga chiqadi, ip buriladi va ipning burilish burchagi zaryadlar o'rtasida harakat qiluvchi kuchga mutanosib bo'ladi (burilish balansi). Ushbu qurilmadan foydalanib, Coulomb kuchning zaryadlarning kattaligiga va ular orasidagi masofaga bog'liqligini aniqladi.
O'sha kunlarda zaryadning hajmini aniq aniqlash uchun asboblar hali yo'q edi, ammo Coulomb ma'lum zaryad nisbati bilan kichik to'plarni tayyorlashga muvaffaq bo'ldi. Agar u zaryadlangan Supero'tkazuvchilar to'pni xuddi shu zaryadsiz to'p bilan bog'langan bo'lsa, simmetriya tufayli birinchi zaryad ikki to'p o'rtasida teng taqsimlanadi.
Bu unga 1/2, 1/4 va hokazo to'lovlarni olish imkoniyatini berdi. aslidan.
Zaryadlarning paydo bo'lishi bilan bog'liq ba'zi qiyinchiliklarga qaramay, Coulomb bitta zaryadlangan jism boshqa kichik zaryadlangan jismga ta'sir qiladigan kuch ularning har birining elektr zaryadiga to'g'ridan-to'g'ri mutanosib ekanligini isbotlay oldi.
Boshqacha qilib aytganda, agar bu jismlarning biron birining zaryadi ikki baravar oshirilsa, unda kuch ikki baravar ko'payadi; agar bir vaqtning o'zida ikkala jismning zaryadlari ikki baravar ko'paytirilsa, unda quvvat to'rt baravar ko'payadi. Bu tanalar orasidagi masofa doimiy bo'lib qolganda shartdir.
Jasadlar orasidagi masofani o'zgartirganda, Koulomb ular orasidagi harakat qiluvchi kuch masofa kvadratiga teskari proportsional ekanligini aniqladi: agar masofa, aytaylik, ikki baravar bo'lsa, kuch to'rt baravar kichikroq bo'ladi.
Shunday qilib, Koulomb shunday xulosaga keldi: bitta kichik zaryadlangan jism (ideal holatda nuqta zaryadi, ya'ni tana, fazoviy o'lchovlarsiz moddiy nuqta kabi) boshqa zaryadlangan jismda harakat qiladi va ularning zaryadlari samarasiga mutanosibdir. Q 1 va Q 2 va ular orasidagi masofaning kvadratiga teskari proporsional:

Mana k - mutanosiblik koeffitsienti.
Bu nisbat Coulomb qonuni sifatida tanilgan; uning yaroqliligi puxta tajribalar bilan tasdiqlangan, bu Coulombning dastlabki ko'paytirish qiyin bo'lgan tajribalariga qaraganda ancha aniq. 2-eksponent hozirgi vaqtda 10 -16 aniqlik bilan o'rnatildi, ya'ni. u 2 ± 2 × 10 -16 ga teng.
Endi biz yangi miqdor - elektr zaryadini ko'rib chiqayotganimiz uchun, formuladagi k doimiylik teng bo'lgan o'lchov birligini tanlashimiz mumkin. Darhaqiqat, bunday birliklar tizimi yaqinda fizikada keng qo'llanila boshlandi.
Biz foydalanadigan GHS tizimi (santimetr-gramm-soniya) haqida gapirayapmiz elektrostatik birlik GHSE zaryadi. Ta'rifga ko'ra, har biri 1 GGE zaryadga ega bo'lgan ikkita kichik jism, bir-biridan 1 sm masofada joylashgan bo'lib, 1 dina kuchi bilan o'zaro ta'sirlashadi.
Endi esa, zaryad ko'pincha SI tizimida ifodalanadi, bu erda uning birligi marjon (C) hisoblanadi.
Asbobni aniq belgilash elektr toki va keyinroq beradigan magnit maydonini
SI tizimida doimiy k qiymatga ega k \u003d 8.988 × 10 9 Nm 2 / CL 2.
Oddiy narsalarning ishqalanish elektrifikatsiyasidan kelib chiqadigan zaryadlar (taraklar, plastik o'lchagichlar va boshqalar) kattalik tartibiga ko'ra mikrokoulombni tashkil qiladi va undan kam (1 \u003dC \u003d 10 -6 C).
Elektron zaryad (manfiy) taxminan 1,602 × 10 -19 C ga teng. Bu ma'lum bo'lgan eng kichik zaryad; u muhim ahamiyatga ega va belgi bilan ko'rsatilgan e, u ko'pincha elementar zaryad deb ataladi.
e \u003d (1.6021892 ± 0.0000046) × 10 -19 C, yoki e ≈ 1,602 × 10 -19 Cl.
Tana elektronning fraktsiyasini ololmasligi yoki yo'qotishi mumkin bo'lmaganligi sababli, tananing umumiy zaryadi elementar zaryadning butun soniga teng bo'lishi kerak. Aytishlaricha, zaryad miqdordir (ya'ni, faqat diskret qiymatlarni olishi mumkin). Ammo elektron zaryadlanganidan beri e juda kichik, biz odatda makroskopik zaryadlarning xilma-xilligini sezmaymiz (taxminan 10 13 elektron 1 mk zaryadga to'g'ri keladi) va zaryadni doimiy deb hisoblaymiz.
Kulon formulasi bir zaryad boshqasiga ta'sir qiladigan kuchni tavsiflaydi. Ushbu kuch zaryadlarni bog'laydigan chiziq bo'ylab yo'naltiriladi. Agar ayblov belgilari bir xil bo'lsa, unda ayblovni amalga oshiradigan kuchlar qarama-qarshi yo'nalishga yo'naltiriladi. Agar ayblov belgilari boshqacha bo'lsa, unda ayblovni amalga oshiradigan kuchlar bir-biriga qaratilgan.
E'tibor bering, Nyutonning uchinchi qonuniga binoan, bir zaryad boshqa kuch bilan harakat qilsa, ikkinchi zaryad birinchi kuch bilan harakat qiladigan kuchga qarama-qarshi kuchga ega bo'ladi.
Kulon qonuni Nyutonning universal tortishish qonuniga o'xshash vektor shaklida yozilishi mumkin:

qayerda F 12 bu zaryadga ta'sir qiluvchi kuch vektoridir Q1 zaryad tomoni Q2,
- to'lovlar orasidagi masofa,
yo'naltirilgan birlik vektoridir Q2 ga Q1.
Shuni yodda tutish kerakki, formulalar faqat ularning orasidagi masofa o'z o'lchamlaridan ancha katta bo'lgan jismlarga nisbatan qo'llaniladi. Ideal holda, bu nuqta to'lovlari. Cheklangan kattalikdagi jismlar uchun masofani qanday hisoblash kerakligi doim ham aniq emas r ular orasida, ayniqsa zaryad taqsimoti heterojen bo'lishi mumkin. Agar ikkala jism ham bitta zaryad taqsimotiga ega shar bo'lsa, u holda r shar markazlari orasidagi masofani anglatadi. Formulaning bitta zaryaddan berilgan zaryadga ta'sir etuvchi kuchni aniqlashini tushunish ham muhimdir. Agar tizimda bir nechta (yoki ko'p) zaryadlangan jismlar mavjud bo'lsa, u holda berilgan zaryadga ta'sir qiladigan kuch boshqa zaryadlarga ta'sir etuvchi kuchlarning natijasi (vektor yig'indisi) bo'ladi. Kulon qonuni formulasidagi doimiy k, odatda boshqa doimiy orqali ifodalanadi, ε 0 bilan bog'liq bo'lgan elektr doimiy deb nomlangan k nisbati k \u003d1/ (4πε 0). Shuni yodda tutgan holda, Kulon qonuni quyidagicha qayta yozilishi mumkin:

bugun eng yuqori aniqlik bilan
yoki yumaloq
Elektromagnit nazariyaning boshqa tenglamalarini yozish juda muhimdir ε 0 beri 4π yakuniy natija ko'pincha kamayadi. Shuning uchun biz odatda Kulon qonunidan foydalanamiz, bunga ishonamiz:

Coulomb qonunida ikki dam olish zaryadlari o'rtasida harakat qiluvchi kuch tasvirlangan. Zaryad ko'tarilganda ular o'rtasida qo'shimcha kuchlar paydo bo'ladi va biz ularni keyingi boblarda muhokama qilamiz. Bu erda faqat dam olish xarajatlari ko'rib chiqiladi; elektr haqidagi ta'limotning bu bo'limi deb nomlanadi elektrostatikalar.
Davomi bor. Quyidagi nashr haqida qisqacha ma'lumot:
Elektr maydoni bu elektromagnit maydonning ikki tarkibiy qismidan biri bo'lib, u elektr zaryadiga ega jismlar yoki zarrachalar atrofida mavjud bo'lgan yoki magnit maydonning o'zgarishi natijasida yuzaga keladigan vektor maydoni.
Fikrlar va takliflar quyidagi manzilda qabul qilinadi [e-mail]