|
Elektr tokında zaryadtıń roli haqqında túsinik
|
| bet | 3/6 | | Sana | 20.12.2023 | | Hajmi | 268,5 Kb. | | #124396 |
Bog'liq SURAJ AMANMURATOV kur jumisi 11.2. Elektr tokında zaryadtıń roli haqqında túsinik
Elektr zaryadı materiyanıń fizikalıq ózgesheligi bolıp, zaryadlanǵan elementtıń elektromagnit maydanǵa qoyılǵanda kúshke iyelewine alıp keledi. Elektr zaryadı oń yamasa teris bolıwı múmkin (ádette protonlar hám elektronlar tárepinen tasıladı). Birdey belgili zaryadlar bir-birin iyteredi hám túrli belgili zaryadlar bir-birin tartadı. Anıq zaryadsız dene neytral dep ataladı. Zaryadlanǵan elementlerdiń óz-ara tásiri haqqındaǵı dáslepki bilimler klassikalıq elektrodinamika dep ataladı hám kvant tásirin esapqa alıwdı talap etpeytuǵın máseleler ushın ele de tuwrı. Elektr zaryadı saqlanatuǵın shama; izolyaciya etilgen sistemanıń sap zaryadı, oń zaryad muǵdarı hám teris zaryad muǵdarı jıyındısı ózgermeydi. Elektr zaryadın subatomik bóleksheler alıp júredi. Ápiwayı elementte teris zaryadtı elektronlarda, oń zaryadtı bolsa atom yadrolarındaǵı protonlarda saqlanadı. Eger elementte elektronlar protonnan kóp bolsa, ol teris zaryadqa iye boladı, kemirek bolsa-oń zaryadqa iye boladı, eger olardıń sanı teń bolsa, bul element neytral boladı. Zaryad kvantlanǵan bolıp; onı e=1.602×10-19 C elementar zaryad dep atalatuǵın birlikke eseli bahanı qabıl etedi. e erkin bar bolıwı múmkin bolǵan eń kishi zaryad (kvarklar dep atalatuǵın bóleksheler kishilew zaryadqa iye -1/3 e yamasa 2/3 e lekin olar tek kombinaciyada tabıladı hám mudamı e nıń pútin sanı bolǵan zaryadqa iye bolǵan bólekshelerdi payda etiw ushın birlesedi). Protonnıń zaryad muǵdarıı +e, elektrondiki bolsa -e. Elektr zaryadı elektr maydanların payda etedi. Háreketleniwshi zaryad bolsa qosımsha magnit maydan da payda etedi. Elektr zaryadlarınıń elektromagnit maydan menen óz-ara tásiri (elektr hám magnit maydanlardıń kombinaciyası) elektromagnit (yamasa Lorenc) kúshiniń deregi fizikadaǵı tórt tiykarǵı kúshlerden biri bolıp tabıladı. Zaryadlanǵan bóleksheler arasındaǵı foton dáldalshılıǵındaǵı óz-ara tásirlerdi úyreniw kvant elektrodinamika dep ataladı .SI tárepinen alınǵan elektr zaryad birligi francuz fizigı Sharl-Agustin de Kulon húrmetine kulon (C) dep atalǵan. Elektrotexnikada zaryad birligin amper-saatta (A⋅h) paydalanıw da keń tarqalǵan. Fizika hám ximiyada bolsa tiykarlanıp elementar zaryadtan (e) birlik retinde paydalanıladı. Ximiyada bir buyım elementar zaryadtıń zaryadı bolǵan Faraday turaqlısı da qollanıladı. Kishi q belgisi kóbinese zaryad muǵdarın ańlatadı. Elektron, teris zaryadlanǵan bólekshe átirapında maydan sızıqları hám ekvipotencial betler kórsetilgen diagramma. Elektr neytral atomda elektronlar sanı protonlar sanına (oń zaryadlanǵan ) teń bolıp, ulıwma zaryad nolge teń boladı.
1-súwret
Zaryad-elementtıń basqa zaryadlanǵan materiya menen elektrostatikalıq tartısıw yamasa iyterisiwdi kórsetetuǵın tiykarǵı ózgesheligi bolıp tabıladı. Elektr zaryadı kóplegen subatomik bólekshelerdiń xarakterli ózgesheligi bolıp tabıladı. Erkin turǵan bólekshelerdiń zaryadları e elementar zaryadqa eseli boladı; sol sebepli biz elektr zaryadı e ni kvantlanǵan deymiz. Maykl Faradey óziniń elektroliz tájiriybelerinde birinshi bolıp elektr zaryadınıń diskret tábiyatın belgiledi. Robert Millikannıń neft tamshıları tájiriybesi bul haqıyqattı tuwrıdan-tuwrı kórsetti hám elementar zaryadtı ólshedi. Makroskopiyalıq obiektler qáliplesiwi processinde strukturalıq atomlar hám ionlar ádette neytral atomlarǵa elektr menen baylanısqan neytral ionlı birikpelerden dúzilgen strukturalardı payda etiw ushın birlesedi. Sonday etip, makroskopik obiektler ulıwma neytral bolıwǵa umtıladı, biraq makroskopik obiektler kemnen-kem jaǵdaylarda ǵana absolyut neytral boladı. Geyde makroskopik obiektlerde material boylap tarqalǵan, óz jayında qattı baylanısqan ionlar ámeldegi bolıp, ulıwma anıq oń yamasa teris zaryad beredi. Sonıń menen birge, kúshli ótkiziwshi elementlerden jasalǵan makroskopik obiektler kemirek yamasa ańsatlıq penen (elementke qaray) elektronlardı qabıllawı yamasa beriwi, keyininen anıq teris yamasa oń zaryadtı saqlawı múmkin. Eger obiekttiń anıq elektr zaryadı nolge teń bolmasa hám háreketsiz bolsa, bul hádiyse statikalıq elektrlengenlik dep ataladı. Bunı eki uqsas bolmaǵan materialdı bir-birine jaǵıw, mısalı, ani terine yamasa shiyshe menen jipek menen jaǵıw arqalı ańsatǵana zaryad payda etiw múmkin. Sol tárzde, elektr ótkermeytuǵın materiallar sezilerli dárejede oń yamasa terisy zaryadlanıwı múmkin. Bir materialdan alınǵan zaryad basqa materialǵa ótkeriledi hám ekinshi dene birinshi dene menen birdey shamadaǵı, biraq keri belgi menen zaryadlanıp qaladı. Zaryadtıń saqlanıw nızamı mudamı ámel etedi, oń zaryadlanǵan obiektke birdey shamadaǵı teris zaryad beriwi kerek, yamasa kerisinshe. SI tárepinen alınǵan elektr zaryad muǵdarınıń birligi kulon bolıp tabıladı (belgi: C). Kulon, bir sekund dawamında bir amperge iye bolǵan elektr ótkizgishtiń kesiminen ótetuǵın zaryad muǵdarı retinde anıqlanadı [5]. Bul birlik 1946-jılda usınıs etilgen hám 1948-jılda ratifikaciya etilgen[5]. Elektr zaryad muǵdarın kórsetiw ushın ádetde q belgisi isletiledi. Elektr zaryadınıń muǵdarı tuwrıdan-tuwrı elektrometr menen yamasa tikkeley bolmaǵan ballıstik galvanometr menen ólsheniwi múmkin. Elementar zaryad (protonnıń elektr zaryadı) SI birlikler sistemasında tiykarǵı shama retinde isletiledi. Elementar zaryadtıń mánisi, SI birlik sistemasında áyne 602176634×10-19C ǵa teń. Áyyemgi zamanlardan berli adamlar tórt túrdegi hádiyseler menen tanıs bolǵan, búgingi kúnde hámmesi elektr zaryadı túsinigi járdeminde tusindiriledi: (a) shaqmaq, (b) torpedo balıqları (yamasa elektr nurları), (c) Áwliye Elmo órtı hám (d) teri menen ısqılanǵan qahrabo kishi, jeńil zatlardı ózine tartıwı [6]. Qahrabo haqqında birinshi maǵlıwmat kóbinese áyyemgi grek matematigi Miletlik Talesqa tiyisli bolıp, ol eramızǵa shekemgi (624-546) dáwirlerde jasaǵan. Biraq Thales qandayda bir jazıw qaldırǵanba yamasa joqpa degen gúmanlar ámelde; sebebi onıń qahrabo haqqındaǵı jazıwları 200-jıllardıń basındaǵı dereklerden málim. Eramızǵa shekemgi 600-jıllarda Thales bul hádiyseni jansız zatlardıń sezimi bar ekeniniń tastıyıqı retinde túsindirdi. Basqasha etip aytatuǵın bolsaq, elektr zaryadı haqqında hesh qanday túsinik joq edi. Ulıwma alǵanda, áyyemgi grekler bul tórt túrdegi hádiyseler ortasındaǵı baylanıslılıqtı túsinbegen.Elektrostatika degende obiekttiń elektr zaryadı hám teń salmaqlılıq jaǵdayında bolmaǵan eki obiekt birlestirilgende tiyisli elektrostatikalıq zaryad túsiniledi. Elektrostatikalıq razryadta bolsa eki obiekttiń hár birewiniń zaryadında ózgeris payda boladı. Shiyshe bólegi hám teri úzindi (qandayda-birı da elektr ózgeshelikine iye bolmaǵan) bir-birine ısqalansa hám ısqalanǵan betler bir-birine tiyip tursa olar elektr qásiyetlerin kórsetpeydi. Biraq, bir-birinen bóleklengende olar bir-birlerin ózine tartadı. Ekinshi shiyshe bólegin basqa qatron menen ısqalap, keyin olardı birinshi shiyshe hám qatron bóleksheleri janına asılsa, tómendegi hádiyselerdi keltirip shıǵaradı :Eki shiyshe bóleksheleri bir-birin iyteredi.Hár bir shiyshe bólegi hár bir qatron bólegin ózine tartadı.Eki bólek qatronlar bir-birin iyteredi.Bul tartısıw hám iyteriliw elektr hádiysesi bolıp tabıladı hám olardı kórsetetuǵın deneler elektrlengen yamasa elektr zaryadlanǵan dep ataladı. Deneler basqa kóplegen usıllar menen, sonıń menen birge súykelisiw arqalı de elektrleniwi múmkin. Eki shiyshe bólektiń elektr qásiyetleri (zaryad belgisi) birdey hám qatronnikine keri bolıp tabıladı: Shiyshe qatarn iyteretuǵın zattı ózine tartadı hám qatron tartatuǵın zattı iyteredi. Elektr toǵı-bul deneden elektr zaryadınıń aǵıwı bolıp tabıladı. Tiykarǵı zaryad tasıwshılar rolin oń zaryadlanǵan proton hám teris zaryadlanǵan elektronlar oynaydı. Bul zaryadlanǵan bólekshelerdiń hár qaysısınıń háreketi elektr tokın payda etedi. Kóplegen jaǵdaylarda, elektr tokı baǵdarı boyınsha háreketlenetuǵın oń zaryadlar yamasa keri baǵıtta háreketlenetuǵın teris zaryadlar tárepinen alıp barılıwınan qaramastan, elektr tokı haqqında sóylew jetkilikli. Bul makroskopiyalıq kózqaras elektromagnit túsinikler hám esaplardı ápiwayılastıratuǵın shamalıq kórinis bolıp tabıladı.Mikroskopik kózqarasta, elektr toǵın ótkeriwdiń kóplegen usılları bar ekenin kóriw múmkin, atap aytqanda : elektronlar aǵımı; oń bóleksheler sıyaqlı háreket etetuǵın elektron gewekler aǵımı; hám elektrolitik eritpede yamasa plazmada keri baǵıtta oqadigan oń hám teris bóleksheler (ionlar yamasa basqa zaryadlanǵan bóleksheler) aǵımı.
Itibarlı bolıw kerek bolǵan jeri sonda, metall sımlardıń ulıwma hám zárúrli jaǵdayında elektr tokı baǵdarı haqıyqıy zaryad tasıwshılardıń (yaǵnıy elektronlar) jılısıw tezligine keri bolıp tabıladı. Bul bolsa fizikanı úyrenshikler ushın shálkeslik bolıwı múmkin.Izolyaciyalanǵan sistemanıń ulıwma elektr zaryadı sistema ishindegi ózgerislerden qaramastan, ózgermeytuǵın bolıp qaladı. Bul nızam fizikaǵa málim bolǵan barlıq processlerge tán bolıp tabıladı hám tolqın funkciyasınıń gauge invariantliginen lokal formada alınıwı múmkin. Zaryadtıń saqlanıwı zaryad aǵımınıń úzliksizlik teńlemesine alıp keledi. Ulıwma alǵanda, v integral kóleminde zaryad tıǵızlıǵı ρ ózgeris tezligi jabıq maydan S = ∂ v arqalı tok tıǵızlıǵı J boyınsha integral maydanǵa teń boladı, bul bolsa óz gezeginde anıq aǵıs I ga teń:
Sonday etip, úzliksizlik teńlemesi menen kórsetilgen elektr zaryadınıń saqlanıwı tómendegi nátiyjeni beredi:�=−d�d�.
Hám waqıt aralıǵinda aǵıp ótken zaryad muǵdarı teńliktiń eki tárepti integrallaw arqalı alınadı : Bul jerde I — jabıq sırtından ótetuǵın tok kúshi hám q -maydan tárepinen belgilengen kólem degi elektr zaryadı. �=∫�i�f�d�Sonıń menen qarań: elektron, proton hám ion altın japıraqlı elektroskoptaǵı zaryad japıraqlardıń bir-birin kórinetuǵın tárizde qaytarıwına alıp keledi.Zaryadtıń bar ekenligi elektrostatikalıq kúshti keltirip shıǵaradı : zaryadlar bir-birine kúsh tásir etedi, bul tásir áyyemgi dáwirde túsinilmegen sonda da málim edi. Juqa sabaq penen ildirilgen kiyim-kenshek toptı shúberek penen jaǵıw arqalı zaryadlanǵan shiyshe tayaq menen tigiziw arqalı zaryadlaw múmkin. Eger soǵan uqsas top birdey shiyshe tayaq menen zaryadlanǵan bolsa, ol birinshisin qaytaradı : zaryad ekı topti bir-birinen ajıratıw ushın háreket etedi. Súykelgen qahrabo tayaq penen zaryadlanǵan eki top da bir-birin qaytaradı. Biraq, eger bir top shiyshe tayaq penen, ekinshisi bolsa qahrabo tayaq penen zaryadlanǵan bolsa, eki top bir-birin ózine tartadı. Bul hádiyseler XVIII ásir aqırında Charlz-Avgustin de Kulon tárepinen tekserilip, zaryad eki keri formada kórinetuǵın bolıwın anıqladı. Bul jańa ashılıw belgili aksiomaǵa alıp keldi: tap zaryadlanǵan zatlar qaytaradı hám keri zaryadlanǵan zatlar ózine tartadı.Kúsh zaryadlanǵan bólekshelerdiń ózine tásir etedi, sol sebepli zaryad ózin ótkeriwshi maydan ústinde ilajı bolǵanınsha teń túrde tarqalıw tendenciyasına iye. Elektromagnit kúshtiń shaması, ózine tartatuǵınlı yamasa jerkenishli bolsın, tárepinen berilgen kulon nızamı, bul kúshti zaryadlardıń tuwındı menen baylanıstıradı hám olar arasındaǵı aralıqqa teris kvadrat múnásibetke iye. Elektromagnit kúsh júdá kúshli, kúshli tásir ótkeriw ushın kúsh tárepinen ekinshi orında turadı, biraq bul kúshten ayrıqsha bolıp esaplanıw ol barlıq aralıqlarda isleydi. Júdá hálsiz tartısıw kúshi menen salıstırılǵanda, eki elektrondı bir-birinen iyteretuǵın elektromagnit kúsh olardı tartısıw kúshinen teńdey kóp. Zaryad subatomik bólekshelerdiń ayırım túrlerinen kelip shıǵadı, olardıń eń tanıs tasıwshıları elektron hám proton bolıp tabıladı. Elektr zaryadı tábiyattıń tórt tiykarǵı kúshlerinen biri bolǵan elektromagnit kúshti keltirip shıǵaradı hám olar menen óz-ara tásir etedi. Tájiriybe sonı kórsetti, zaryad saqlanıp qalǵan muǵdar, yaǵnıy elektr izolyaciya etilgen sistema ishindegi sap zaryad bul sistema ishindegi hár qanday ózgerislerden qaramastan, mudamı turaqlı bolıp qaladı. Sistema ishinde zaryad deneler ortasında tuwrıdan-tuwrı baylanıs qılıw yamasa sım sıyaqlı ótkeriwshi material boylap ótiw arqalı ótkeriliwi múmkin. Rásmiy bolmaǵan termin statikalıq elektr denedegi zaryadtıń anıq bar ekenligin (yamasa teńsizligi) ańlatadı, ádette bir-birine uqsamaytuǵın materiallar ısqalanǵanda, zaryadtı birinen ekinshisine ótkeriwde sebep boladı.
|
| |
