ელექტრო დამუხტვა- ფიზიკური სიდიდე, რომელიც ახასიათებს სხეულების ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების ინტენსივობას. თავად ელექტრული მუხტი არ არსებობს;
ძირითადი თვისებები
1. ორმაგობა: ბუნებაში არის ორი ნიშნის მუხტი, როგორიცაა მუხტების მოგერიება, საპირისპირო მუხტების მიზიდვა. ამასთან დაკავშირებით პირობითი მუხტები იყოფა დადებით და უარყოფითად.
აბრეშუმზე ან ქაღალდზე შეკრული შუშის ღეროს მუხტს დადებითი ეწოდება.
ნეგატიური - მუხტი, რომელსაც ფლობს ბეწვის ან მატყლის ქარვის ან ებონიტის ჯოხი.
2. კვანტიზაცია: თუ ფიზიკური სიდიდე იღებს მხოლოდ გარკვეულ დისკრეტულ მნიშვნელობებს, ამბობენ, რომ არის კვანტური (დისკრეტული). გამოცდილება გვიჩვენებს, რომ ნებისმიერი ელექტრული მუხტი კვანტურია, ე.ი. შედგება ელემენტარული მუხტების მთელი რიცხვისაგან.
სადაც =1,2,... მთელი რიცხვი; e =1,6·1 -19 C - ელემენტარული მუხტი.
ელექტრონს აქვს ყველაზე პატარა (ელემენტარული) უარყოფითი მუხტი, პროტონს აქვს დადებითი მუხტი.
1 კულონი არის მუხტი, რომელიც გადის გამტარის კვეთაზე ერთ წამში, როდესაც ის გადის გამტარში D.C.ერთი ამპერი.
3. მუხტის კონსერვაცია.
ელექტრული მუხტი შეიძლება გაქრეს და ხელახლა გამოჩნდეს მხოლოდ წყვილებში. თითოეულ ასეთ წყვილში მუხტები ტოლია სიდიდით და საპირისპირო ნიშნით. მაგალითად, ელექტრონი და პოზიტრონი ანადგურებენ, როდესაც ისინი ხვდებიან, ე.ი. გადაიქცევა ნეიტრალურ g - ფოტონებად და მუხტები –e და +e ქრება. პროცესის დროს, რომელსაც ეწოდება წყვილი წარმოება, გ ფოტონი შემოდის ველში ატომის ბირთვი, იქცევა წყვილ ნაწილაკებად, ელექტრონად და პოზიტრონად და წარმოიქმნება მუხტები +e და –e.
მუხტის შენარჩუნების კანონი:იზოლირებულ სისტემაში მუხტების ალგებრული ჯამი მუდმივი რჩება სისტემის ყველა ცვლილებისთვის.
იზოლირებულიარის სხეულთა სისტემა, რომელიც არ ცვლის მუხტს გარე გარემოსთან.
4. უცვლელობადამუხტვა სხვადასხვა ინერციულ საცნობარო სისტემაზე.
გამოცდილება აჩვენებს, რომ მუხტის სიდიდე არ არის დამოკიდებული დამუხტული სხეულის მოძრაობის სიჩქარეზე. ერთი და იგივე მუხტი, რომელიც იზომება სხვადასხვა ინერციულ საანგარიშო ჩარჩოებში, იგივეა.
5. ადიტიურობა: .
გადასახადების კლასიფიკაცია.
დამუხტული სხეულის ზომიდან გამომდინარე, მუხტები იყოფა წერტილებად და გაფართოებულებად.
· წერტილის მუხტი არის დამუხტული სხეული, რომლის ზომები შეიძლება უგულებელვყოთ ამ პრობლემის პირობებში.
· გაფართოებული არის სხეულის მუხტი, რომლის ზომების უგულებელყოფა შეუძლებელია ამ პრობლემის პირობებში. გაფართოებული მუხტები იყოფა ხაზოვან, ზედაპირულ და მოცულობად.
გარე ელექტროენერგიის გავლენის ქვეშ წონასწორობის პოზიციასთან შედარებით გადაადგილების უნარით. ველები, გადასახადები პირობითად იყოფა თავისუფალ, შეზღუდულ და გარედან.
უფასოეწოდება მუხტები, რომლებსაც შეუძლიათ თავისუფლად გადაადგილება სხეულში გარე ელექტროენერგიის გავლენის ქვეშ. ველები.
დაკავშირებულიეწოდება მუხტები, რომლებიც შედიან დიელექტრიკული მოლეკულების შემადგენლობაში, რომლებიც ელექტროენერგიის გავლენის ქვეშ. ველებს შეუძლიათ მხოლოდ წონასწორული პოზიციიდან გადაადგილება, მაგრამ არ შეუძლიათ მოლეკულის დატოვება.
მესამე მხარეეწოდება მუხტები, რომლებიც მდებარეობს დიელექტრიკზე, მაგრამ არა მისი მოლეკულების ნაწილი.
კანონი, რომელიც არეგულირებს წერტილოვან მუხტებს შორის ურთიერთქმედების ძალას, ექსპერიმენტულად შეიქმნა 1785 წელს. გულსაკიდი.
კულონის კანონი: ორ სტაციონარულ წერტილოვან მუხტს შორის ურთიერთქმედების ძალა პირდაპირპროპორციულია მუხტებისა, უკუპროპორციულია მათ შორის მანძილის კვადრატისა, მიმართულია მუხტების დამაკავშირებელი სწორი ხაზის გასწვრივ და დამოკიდებულია გარემოზე, რომელშიც ისინი მდებარეობს.
სადაც q 1, q 2 - დატენვის ღირებულებები; r არის მანძილი მუხტებს შორის;
8.85 1 -12 C 2 / (N m 2) - ელექტრული მუდმივი,
e არის საშუალო დიელექტრიკული მუდმივი.
ნივთიერების დიელექტრიკული მუდმივი გვიჩვენებს, რამდენჯერ ნაკლებია მოცემულ დიელექტრიკში მუხტებს შორის ურთიერთქმედების ძალა, ვიდრე ვაკუუმში, ვაკუუმი = 1, არის განზომილებიანი სიდიდე.
მოდით ავხსნათ ამ შესუსტების მიზეზი დიელექტრიკით გარშემორტყმული დამუხტული ბურთის გათვალისწინებით. ბურთის ველი ორიენტირებს დიელექტრიკის მოლეკულებზე და უარყოფითი შეკრული მუხტები ჩნდება ბურთის მიმდებარე დიელექტრიკის ზედაპირზე.
დიელექტრიკის ნებისმიერ წერტილში ველი შეიქმნება ორი საპირისპიროდ დამუხტული სფეროებით: ბურთის დადებითად დამუხტული ზედაპირი და მის მიმდებარე უარყოფითად დამუხტული დიელექტრიკული ზედაპირი, ხოლო შეკრული მუხტების ველი გამოკლებულია თავისუფალი მუხტების ველს და მთლიანი ველი ერთი ბურთის ველზე სუსტი იქნება.
1. დაძაბულობა ელექტროსტატიკური ველი. ელექტრული ველების სუპერპოზიციის პრინციპი. ვექტორული ნაკადი.
ნებისმიერი მუხტი ცვლის მიმდებარე სივრცის თვისებებს – ქმნის მასში ელექტრულ ველს.
ელექტრული ველი არის ელექტრული მუხტების გარშემო არსებული მატერიის არსებობის ერთ-ერთი ფორმა. ეს ველი გამოიხატება იმაში, რომ ნებისმიერ წერტილში მოთავსებული ელექტრული მუხტი ძალის გავლენის ქვეშ იმყოფება.
ელექტრული ველის კონცეფცია მეცნიერებაში 30-იან წლებში შევიდა XIX წელისაუკუნეში ინგლისელი მეცნიერების მაიკლ ფარადეის მიერ.
ფარადეის მიხედვით, ყოველი ელექტრული მუხტი გარშემორტყმულია მის მიერ შექმნილი ელექტრული ველით, ამიტომ ასეთ მუხტს ზოგჯერ წყაროს მუხტს უწოდებენ. მუხტს, რომლითაც შეისწავლება წყაროს მუხტის ველი, ეწოდება საცდელი მუხტი.
იმისათვის, რომ საცდელ მუხტზე მოქმედმა ძალამ დაახასიათოს ველი მოცემულ წერტილში; სატესტო გადასახადი უნდა იყოს ქულა.
წერტილის დატენვაეწოდება დამუხტულ სხეულს, რომლის ზომების უგულებელყოფა შესაძლებელია ამ პრობლემის პირობებში, ე.ი. რომელთა ზომები მცირეა სხვა სხეულების მანძილებთან შედარებით, რომლებთანაც იგი ურთიერთქმედებს. ამ შემთხვევაში, საცდელი მუხტის საკუთარი ელექტრული ველი უნდა იყოს იმდენად მცირე, რომ არ შეცვალოს წყაროს მუხტის ველი. რაც უფრო მცირეა დამუხტული სხეულის ზომა და რაც უფრო სუსტია მისი საკუთარი ველი წყაროს მუხტის ველთან შედარებით, მით უფრო ზუსტად აკმაყოფილებს ეს დამუხტული სხეული სატესტო დამუხტვის პირობას.
ელექტრული ველი ვაკუუმში ვრცელდება c = 3·1 8 სიჩქარით.
სტაციონარული ელექტრული მუხტების ველი ელექტროსტატიკურია.
საცდელი მუხტის გამოყენებით ვიკვლევთ სტაციონარული მუხტის მიერ შექმნილ ველს - წყაროს.
ველის მოცემულ წერტილში საცდელ მუხტზე მოქმედი ძალა დამოკიდებულია საცდელი მუხტის ზომაზე. თუ ავიღებთ სხვადასხვა სატესტო მუხტს, მაშინ ველის მოცემულ წერტილში მათზე მოქმედი ძალა განსხვავებული იქნება.
ამასთან, ძალის შეფარდება საცდელი მუხტის სიდიდესთან მუდმივი რჩება და ახასიათებს თავად ველს. ამ თანაფარდობას ეწოდება ელექტრული ველის სიძლიერე მოცემულ წერტილში.
ელექტრული ველის სიძლიერეარის ვექტორული სიდიდე, რომელიც რიცხობრივად ტოლია იმ ძალისა, რომლითაც ველი მოქმედებს ერთეული დადებითი ტესტის მუხტზე ველის მოცემულ წერტილში და თანამიმართულებულია ამ ძალასთან.
ინტენსივობა ველის მთავარი მახასიათებელია და მთლიანად ახასიათებს ველს მის თითოეულ წერტილში სიდიდისა და მიმართულებით.
წერტილის მუხტის ველის სიძლიერე.
კულონის კანონის მიხედვით
= 
არის წერტილის მუხტის ელექტრული ველის სიძლიერე ამ მუხტიდან r მანძილზე.
მოსახერხებელია ელექტრული ველის გრაფიკულად გამოსახვა ეგრეთ წოდებული ძალის ხაზების ან დაძაბულობის ხაზების გამოსახულების გამოყენებით.
დაძაბულობის ხაზიარის წრფე, რომლის ტანგენსი თითოეულ წერტილში ემთხვევა დაძაბულობის ვექტორს ამ წერტილში.
სტაციონარული მუხტებით შექმნილი ველის სიძლიერის ხაზები ყოველთვის იწყება და მთავრდება მუხტებზე (ან უსასრულობაში) და არასოდეს იკეტება. უფრო ძლიერი ველი წარმოდგენილია უფრო მჭიდროდ განლაგებული დაძაბულობის ხაზებით. ხაზების სიმკვრივე არჩეულია ისე, რომ ხაზების რაოდენობა, რომლებიც ხვრევენ საიტის ერთეულ ზედაპირს ხაზებზე პერპენდიკულარული ტოლი რიცხვითი მნიშვნელობავექტორი დაძაბულობის ხაზები არასოდეს იკვეთება, რადგან... მათი გადაკვეთა ნიშნავს ველის სიძლიერის ვექტორის ორ სხვადასხვა მიმართულებას ერთსა და იმავე წერტილში, რაც აზრი არ აქვს.
ველს, რომელშიც ინტენსივობა ყველა წერტილში ერთნაირი სიდიდე და მიმართულებაა, ერთგვაროვანი ეწოდება. ასეთ ველში ძალის ხაზები პარალელურია და მათი სიმკვრივე ყველგან ერთნაირია, ე.ი. ისინი განლაგებულია ერთმანეთისგან იმავე მანძილზე.
სუპერპოზიციის პრინციპი.
თუ მოცემულ წერტილში ელექტრული ველი იქმნება რამდენიმე მუხტით, მაშინ მიღებული ველის სიძლიერე უდრის თითოეული მუხტის მიერ ცალკე შექმნილი ველის სიძლიერის ვექტორულ ჯამს.
სუპერპოზიციის პრინციპი არის ექსპერიმენტული ფაქტი, რომელიც მოქმედებს ძალიან ძლიერ ველებამდე. ამავე კანონის მიხედვით, წარმოიქმნება არა მხოლოდ სტატიკური, არამედ სწრაფად ცვალებადი ელექტრომაგნიტური ველები
მოდით ვექტორულ ველში ავირჩიოთ S ზედაპირით შეზღუდული გარკვეული მოცულობა. მოდით დავყოთ ეს ზედაპირი ზომის ელემენტარულ არეებად. .
მიმართული ზედაპირის ელემენტის გათვალისწინება შეიძლება. ზედაპირის მიმართული ელემენტი არის ვექტორი, რომლის სიგრძე უდრის ელემენტის ფართობს და მიმართულება ემთხვევა ამ ელემენტის ნორმალური მიმართულებას. დახურული ზედაპირისთვის აღებულია ზედაპირის გარე ნორმა. ვინაიდან მიმართულების არჩევა თვითნებურია (პირობითი), ის შეიძლება იყოს მიმართული როგორც ერთი მიმართულებით, ისე მეორე მიმართულებით, ეს არის არა ჭეშმარიტი ვექტორი, არამედ ფსევდოვექტორი.
მიმართულების ზედაპირის ელემენტი,
ელემენტარული ზედაპირი.
დაძაბულობის ვექტორის გადინება ელემენტარულ ზედაპირზე dSდაურეკა წერტილოვანი პროდუქტი
სადაც a არის კუთხე ვექტორებს შორის და,
E n - პროექცია ნორმალურ მიმართულებით.
შევაჯამეთ ნაკადები ყველა ელემენტარულ ზონაში, რომლებშიც იყოფა ზედაპირი S, ვიღებთ ვექტორულ ნაკადს S ზედაპირზე.
ვექტორის ნაკადი S ზედაპირზე არის ინტეგრალი
დახურული ზედაპირისთვის.
ვექტორული ნაკადი არის ალგებრული სიდიდე:
ერთიანი ველისთვის
 |
დაძაბულობის ვექტორის ნაკადს შეიძლება მივცეთ მკაფიო გეომეტრიული ინტერპრეტაცია: ის რიცხობრივად უდრის მოცემულ ზედაპირზე გადაკვეთილი დაძაბულობის ხაზების რაოდენობას.
2. გაუსის თეორემა ვექტორული ნაკადისთვის და მისი გამოყენება ვაკუუმში გაფართოებული მუხტების ველების გამოსათვლელად.
წერტილოვანი მუხტის ველის სიძლიერის ცოდნა და სუპერპოზიციის პრინციპის გამოყენებით, შესაძლებელია გამოვთვალოთ რამდენიმე წერტილის მუხტით შექმნილი ველის სიძლიერე. თუმცა, გაფართოებული მუხტებისთვის სუპერპოზიციის პრინციპის გამოყენება რთულია. გაფართოებული მუხტით შექმნილი ველების გამოთვლის მეთოდი შემოგვთავაზა გერმანელმა მეცნიერმა გაუსმა XIX საუკუნის დასაწყისში.
გაუსის თეორემა ელექტროსტატიკური ველისთვის ვაკუუმში.
განვიხილოთ წერტილის მუხტის ველი ვაკუუმში და გამოვთვალოთ სფეროს რადიუსი ზედაპირზე
ველის სიძლიერე სფეროს ზედაპირის ნებისმიერ წერტილში
განმარტება
დატენვა, უფრო ზუსტად ელექტროდ დამუხტულიარის ფიზიკური სიდიდე, რომელიც განსაზღვრავს ელექტრომაგნიტურ ურთიერთქმედებას.
ელექტრული მუხტი აღინიშნება ასო q-ით. გადასახადები იყოფა დადებით და უარყოფითად. ერთი და იგივე ნიშნის მუხტები განიცდიან მოგერიების ძალებს. საპირისპირო ნიშნების მუხტები იზიდავს.
რ. მილიკანის ექსპერიმენტებში აჩვენეს, რომ ელექტრული მუხტი - დისკრეტული რაოდენობა. ნებისმიერი სხეულის მუხტი არის მთელი რიცხვი, რომელიც არის ელემენტარული მუხტის (ელექტრონული მუხტის) ჯერადი;
სადაც n არის მთელი რიცხვი.
საერთაშორისო ერთეულების (SI) სისტემაში დამუხტვის ერთეული არის კულონი. ეს არის მიღებული ერთეული. ერთი კულონი არის ელექტრული მუხტი, რომელიც გადის გამტარის კვეთაზე 1 ამპერის დენით ერთ წამში.
მუხტი გვხვდება უამრავ ფორმულაში, რომლებიც დაკავშირებულია ელექტრომაგნიტიზმთან. მოდით აღვნიშნოთ მთავარი.
მუხტის შენარჩუნების კანონი
მუხტის შენარჩუნების კანონი ბუნების ფუნდამენტური კანონია. მისი არსი ის არის, რომ ნებისმიერ დახურულ სისტემაში ბრალდების ალგებრული ჯამი უცვლელი რჩება ამ სისტემაში ნებისმიერი პროცესის განხორციელებისას:
სხეულის ელექტრული მუხტის სიდიდე არ არის დამოკიდებული საცნობარო სისტემის არჩევანზე და არ არის დამოკიდებული სხეულის მოძრაობის (დასვენების) ტიპზე. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ელექტრული მუხტი არის რელატივისტურად უცვლელი სიდიდე.
ნივთიერების ტიპის განსაზღვრა (გამტარი, დიელექტრიკი) დაკავშირებულია ნივთიერებაში თავისუფალი მუხტების კონცენტრაციასთან.
კულონის კანონი
ელექტროსტატიკის ერთ-ერთი ძირითადი კანონია ცნობილი კულონის კანონი. იგი აღწერს სტაციონარული წერტილოვანი მუხტების ურთიერთქმედებას. ეს კანონი შესთავაზა C. Coulomb-მა 1785 წელს.
წერტილოვანი მუხტი არის დამუხტული სხეული, რომლის ზომები შეიძლება უგულებელვყოთ მუხტის მქონე სხვა სხეულებამდე მანძილებთან შედარებით. წერტილის მუხტი არის ფიზიკური აბსტრაქცია.
მათემატიკური ფორმით, კულონის კანონი დაწერილია შემდეგნაირად:
ძალა, რომლითაც მუხტი მოქმედებს მუხტზე არის რადიუსის ვექტორი, რომელიც აკავშირებს და ; r არის მანძილი განხილულ მუხტებს შორის (ვექტორული მოდული). ამ შემთხვევაში მუხტზე ძალა მოქმედებს მუხტის მხრიდან ძალის სიდიდის ტოლი, მაგრამ მიმართულების საწინააღმდეგოდ; - ელექტრული მუდმივი; - ნივთიერების დიელექტრიკული მუდმივი, რომელშიც განლაგებულია აღნიშნული მუხტები. კანონი ფორმაში (3) დაწერილია ერთეულების საერთაშორისო სისტემისთვის (SI).
წერტილოვანი მუხტის ველის სიძლიერე
ველის სიძლიერე დაკავშირებულია კულონის ძალასთან () როგორც:
სად არის საცდელი მუხტის სიდიდე, რომელზედაც ველი ძალით მოქმედებს განსახილველ წერტილში მოთავსებისას.
სტაციონარული წერტილით დამუხტული სხეული თავის გარშემო ქმნის ელექტროსტატიკურ ველს, რომლის ინტენსივობა () დაკავშირებულია ამ სხეულის მუხტის რაოდენობასთან (q):
რადიუსის ვექტორი მუხტიდან იმ წერტილამდე, სადაც ველი განიხილება. დადებითი მუხტები ველის წყაროა, ხოლო უარყოფითი მუხტები - ნიჟარები.
წერტილოვანი დამუხტვის ველის პოტენციალი
ელექტრული ველის პოტენციალი () რომელიც ქმნის წერტილოვან მუხტს (q) გარკვეულ წერტილში, რომელიც მდებარეობს ველის შემქმნელი მუხტიდან r მანძილზე, ტოლია:
მუშაობა ელექტროსტატიკურ ველში
ელექტროსტატიკური ველის ძალების მუშაობა მუხტის (q) პოტენციალის მქონე ველის წერტილიდან პოტენციალის მქონე წერტილამდე გადაადგილებისას შეიძლება გამოითვალოს შემდეგნაირად:
მიმდინარე ძალა და დამუხტვა
დენი არის დამუხტული ნაწილაკების მოწესრიგებული მოძრაობა. ამ შემთხვევაში, მიმდინარე სიძლიერე გვხვდება შემდეგნაირად:
სად არის მუხტის ცვლილება გარკვეული პერიოდის განმავლობაში.
პრობლემის გადაჭრის მაგალითები
მაგალითი 1
| ვარჯიში | ელექტრული ველი იქმნება ორი წერტილის მუხტით, მათი სიდიდეები ტოლია title="Rendered by QuickLaTeX.com" height="16" width="51" style="vertical-align: -4px;"> и . Расстояние между этими зарядами равно . Какой будет напряженность поля в точке, которая находится посередине между этими зарядами? !} |
| გამოსავალი | მოდით დავხატოთ ნახატი. ველის სიძლიერე, რომელიც ქმნის დადებით მუხტს A წერტილში, მიმართულია ამ მუხტიდან მარჯვნივ (იხ. სურ. 1). უარყოფითი მუხტის მიერ შექმნილი ველის სიძლიერე მიმართულია იმავე მიმართულებით, შესაბამისად, მიღებული ველის სიძლიერე A წერტილში იქნება როგორც: წერტილის მუხტის ველის სიძლიერე უდრის:
ჩვენი გადასახადისთვის გვაქვს: ფორმულების (1.1) და (1.3) გამოყენებით ვიღებთ:
|
| უპასუხე |
მაგალითი 2
| ვარჯიში | ბეჭდის თხელი ნახევარი ატარებს მუხტს, რომელიც თანაბრად ნაწილდება მის სიგრძეზე. ნახევრად დაშლის რადიუსი არის R, მუხტის სიმკვრივე არის . ნახევრად გამრუდების ცენტრში არის მუხტი Q (ნახ. 1). რა არის ურთიერთქმედების ძალა მუხტსა და ნახევარ რგოლს შორის? |
| გამოსავალი | მოდით შევარჩიოთ მუხტი ნახევრად დამუხტვაზე, რომელიც შეიძლება ჩაითვალოს წერტილოვან მუხტად () (ნახ. 2). კულონის კანონის მიხედვით, Q და მუხტებს შორის ურთიერთქმედების ძალა უდრის:
|
დავიწყოთ ელექტროდინამიკის შესწავლა უმარტივესი შემთხვევით - ელექტროსტატიკით, რომელიც განიხილავს უმოძრაო ელექტრული მუხტების ურთიერთქმედებას ერთმანეთთან შედარებით და მათ მიერ შექმნილ ელექტროსტატიკურ ველს, რომელიც დროთა განმავლობაში მუდმივია.
§ 1. ელექტრო დამუხტვა. კულონის კანონი
ელექტრული მუხტი და ელექტრული ველი არის პირველადი ცნებები, როგორიცაა მასის და გრავიტაციული ველის ცნებები მექანიკაში. ეს ნიშნავს, რომ მათი განსაზღვრა სხვა, უფრო მარტივი ცნებებით შეუძლებელია. ყველაფერი რაც ჩვენ შეგვიძლია გავაკეთოთ არის მათი თვისებების აღწერა.
ელექტრო დამუხტვა.ელექტრული მუხტი ახასიათებს სხეულის უნარს ურთიერთქმედების გარკვეული გზით, აღწერილი ძალების ენაზე. გრავიტაციული ურთიერთქმედებისგან განსხვავებით, რომელიც ყოველთვის ვლინდება როგორც მიზიდულობა სხეულებს შორის, ელექტრული ურთიერთქმედება შეიძლება იყოს მიზიდულობა ან მოგერიება. ელექტრული მუხტის ფუნდამენტური თვისება, რომელიც ცნობილია გამოცდილებიდან არის ის, რომ ის არსებობს ორი ფორმით, პირობითად დადებით და უარყოფით მუხტებად. იგივე ნიშნის მუხტები მოგერიდებათ. საპირისპირო ნიშნების მუხტების ურთიერთქმედება მდგომარეობს მათ ურთიერთმიზიდულობაში.
მაკროსკოპულ სხეულს შეიძლება მიეცეს ნებისმიერი ნიშნის მუხტი. როდესაც ეს მუხტები თანაბარი რაოდენობითაა, სხეული ელექტრულად ნეიტრალურია ან დაუმუხტველი. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, მაკროსკოპულ სხეულში დადებითმა და უარყოფითმა მუხტებმა შეიძლება გააუქმონ ერთმანეთი. დაუმუხტველი სხეული, მასში შემავალი დადებითი და უარყოფითი მუხტების ერთგვაროვანი განაწილებით, არ ურთიერთქმედებს ელექტრულად სხვა დამუხტულ სხეულებთან.
მაკროსკოპული სხეულის ელექტრული მუხტი განისაზღვრება მისი შემადგენელი ნაწილების მთლიანი მუხტით ელემენტარული ნაწილაკები. ჩვენს ირგვლივ სამყარო დადებითი და უარყოფითი მუხტების კარგად კომპენსირებული ნაზავია. ასეთი კომპენსაცია გასაკვირი არ არის, რადგან მსგავსი მუხტები ერთმანეთს ართმევენ.
მიზეზი იმისა, თუ რატომ არსებობს ელექტრული მუხტი ზუსტად ორი ფორმით, სრულად არ არის გასაგები თანამედროვე ფიზიკაში. შესაძლებელია ამაში გარკვეული სიმეტრია აისახოს.
დადებითი და უარყოფითი მუხტები შეიძლება ჩაითვალოს იმავე ხარისხის საპირისპირო გამოვლინებად, ისევე როგორც ცნებები "მარჯვნივ" და "მარცხნივ" არის სივრცითი სიმეტრიის თვისების საპირისპირო გამოვლინებები. გამოდის, რომ საკითხი „მარჯვენა“ და „მარცხნივ“ სიმეტრიის შესახებ მჭიდროდ არის დაკავშირებული ელექტრული მუხტის ამ ორმაგობასთან და სხვა ფუნდამენტურ სიმეტრიასთან, კერძოდ, დროის უკუქცევის სიმეტრიასთან. ნაწილაკების ფიზიკა გარკვეულ შუქს ჰფენს ამ კითხვებს.
სხეულების ელექტრიფიკაცია. უმარტივესი ექსპერიმენტები, რომელშიც ხარისხის დონეელექტრული მუხტების ურთიერთქმედების აღწერილი ნიმუშები ცნობილია ბ. ფრანკლინის დროიდან (მე-18 საუკუნის მეორე ნახევარი).
ბრინჯი. 1. ელექტროსტატიკური მანქანა
ბრინჯი. 2. უმარტივესი ელექტროსკოპი
არსებობს სხვადასხვა გზებისხეულების ელექტრიფიკაცია, ანუ ელექტრული ნეიტრალური სხეულების გადაქცევა დამუხტულებად. კერძოდ, ეს შესაძლებელია სხეულების ერთმანეთზე შეხებით (ელექტრიფიკაცია ხახუნის გზით).
საპირისპირო ნიშნების ელექტრული მუხტების გამოყოფა ასევე შესაძლებელია ელექტრიფიკაციით ზემოქმედების გზით, სხეულებს შორის პირდაპირი კონტაქტის გარეშე (ელექტრული ინდუქცია). მუხტების გამოყოფის ყველაზე გავრცელებული მოწყობილობაა ელექტროსტატიკური მანქანა (ნახ. 1). სხეულში ელექტრული მუხტის არსებობის დადგენა შესაძლებელია ელექტროსკოპის (ნახ. 2) ან უფრო თანამედროვე მოწყობილობის - ელექტრომეტრის (ნახ. 3) გამოყენებით, რომელსაც, ელექტროსკოპისგან განსხვავებით, აქვს დამცავი ლითონის სხეული, რომლის წყალობითაც მისი კითხვებზე გავლენას არ ახდენს გარემომცველი უცხო სხეულები.
გამტარები და დიელექტრიკები. ელექტრიფიცირებულ სხეულში მუხტების ქცევის მიხედვით, ყველა ნივთიერება იყოფა გამტარებად და იზოლატორებად (დიელექტრიკებად). დიელექტრიკებთან ერთად, მათზე გადაცემული მუხტი რჩება იმ ადგილას, სადაც ის იყო განთავსებული ელექტროფიკაციის დროს. დირიჟორებში გადაცემული მუხტი თავისუფლად მოძრაობს მთელ სხეულში. სწორედ ამ თვისების წყალობით, გამტარ სხეულებს შეუძლიათ დამუხტვა ელექტრიფიკაციაზე ზემოქმედებით. წონასწორობაში, ორმხრივი მოგერიების გამო, თავისუფალი მუხტები განლაგებულია გამტარის გარე ზედაპირზე.
ბრინჯი. 3. ელექტრომეტრი და მისი მექანიზმი
სხვადასხვა ელექტროსტატიკური ექსპერიმენტების დიდ რაოდენობას შორის ბევრია, რაც მათი ახსნისთვის, თუნდაც ხარისხობრივ დონეზე, მოითხოვს ძალიან რთული და დახვეწილი ცნებების გამოყენებას. ამის მაგალითია ცნობილი ექსპერიმენტი ელექტრიფიცირებული სავარცხლით დაუხტვილი ქაღალდის მოზიდვის შესახებ.
კულონის კანონი.სტაციონარული ელექტრული მუხტების ურთიერთქმედებასთან დაკავშირებული პირველი ექსპერიმენტული რაოდენობრივი შედეგები მოიპოვა C. Coulomb-მა XVIII საუკუნის ბოლოს. მუხტებს შორის მოქმედი ძალების გასაზომად კულომმა გამოიყენა მის მიერ შექმნილი მოწყობილობა, სახელწოდებით ბრუნვის ბალანსი (ნახ. 4a). თხელ ელასტიურ ძაფზე იზოლატორიდან ჩამოკიდებულია მსუბუქი საქანელა მკლავი K, რომლის ერთ ბოლოზე ფიქსირდება გამტარი ბურთი A, მეორეზე კი საპირწონე P. A ბურთის გვერდით შეიძლება მოთავსდეს კიდევ ერთი იდენტური სტაციონარული ბურთი B. შუშის ცილინდრი იცავს მოწყობილობის მგრძნობიარე ნაწილებს ჰაერის მოძრაობისგან.
ურთიერთქმედების ძალის დამოკიდებულების დასადგენად მუხტებს შორის მანძილს, ბურთებს A და B ეძლევა თვითნებური მუხტები შეხებით.
ბრინჯი. 4. კულონის ბრუნვის სასწორი
მესამე დამუხტული ბურთით C, რომელიც დამონტაჟებულია დიელექტრიკულ სახელურზე. დრეკადი ძაფის მობრუნების კუთხის გამოყენებით (სურ. 46) შეგიძლიათ გაზომოთ მსგავსი დამუხტული ბურთულების საგრებელი ძალა, ხოლო ინსტრუმენტის სასწორის გამოყენებით შეგიძლიათ გაზომოთ მანძილი მათ შორის. ამ ექსპერიმენტების შედეგად კულომმა დაადგინა, რომ ურთიერთქმედების ძალა მიმართულია ორივე მუხტის დამაკავშირებელი ხაზის გასწვრივ და უკუპროპორციულია მათ შორის მანძილის კვადრატის:
ურთიერთქმედების ძალის დამოკიდებულება მუხტზე შეიძლება დადგინდეს შემდეგნაირად. როდესაც დამუხტული გამტარი ბურთი შედის კონტაქტში იმავე დაუტენიან ბურთთან, ბუნებრივია ვივარაუდოთ, რომ სიმეტრიის გამო მუხტი მათ შორის თანაბრად გადანაწილდება. ირკვევა, რომ ბურთებს შორის ერთსა და იმავე მანძილზე მცირდება ბურთებს შორის ურთიერთქმედების ძალა, რომელთაგან ერთ-ერთზე მუხტი განახევრებულია აღწერილი მეთოდით. ამ პროცედურის რამდენჯერმე გამეორებით შეგიძლიათ დარწმუნდეთ, რომ როდესაც რომელიმე ბურთის მუხტი მცირდება ორჯერ, ოთხჯერ და ა.შ., ურთიერთქმედების ძალა თითოეული ბურთის დამუხტვის პროპორციული აღმოჩნდება.
ასეთი ექსპერიმენტების შედეგების შეჯამებით შეგვიძლია ჩამოვაყალიბოთ კანონი, რომელიც აღწერს სტაციონარული ელექტრული მუხტების ურთიერთქმედების ძალას – კულონის კანონი. ვაკუუმში ორ წერტილოვან მუხტს შორის ურთიერთქმედების ძალა პროპორციულია მუხტების ნამრავლისა და უკუპროპორციულია მათ შორის მანძილის კვადრატისა:
იმისათვის, რომ ფორმულამ მისცეს არა მხოლოდ ძალის სიდიდე, არამედ მისი მიმართულება, მოსახერხებელია კულონის კანონის ვექტორული სახით დაწერა:
აქ არის მუხტზე მოქმედი ძალა მუხტის მხრიდან - განსხვავება წერტილის მუხტების რადიუსების ვექტორებში, ანუ მუხტიდან მუხტამდე გამოყვანილი ვექტორი (ნახ. 5). ადვილი მისახვედრია, რომ ფორმულა (2) იძლევა ძალის სწორ მიმართულებას მუხტების ნებისმიერი ნიშნისთვის, ანუ ამ მუხტების როგორც მოგერიებისთვის (ნახ. 5ა), ასევე მიზიდულობისთვის (ნახ. 5ბ).
გვერდიდან მუხტზე მოქმედი ძალის გამოხატულება მიღებულია (2)-დან 1 და 2 ინდექსების გადალაგებით და სრულად შეესაბამება ნიუტონის მესამე კანონს:
რომელიც კმაყოფილდება ერთმანეთთან შედარებით უმოძრაო ელექტრული მუხტების ურთიერთქმედებით.
სიზუსტე, რომელიც შეიძლება მიღწეული იქნას ტორსიული ნაშთების ექსპერიმენტებში, შედარებით დაბალია. ჩვენი რწმენა, რომ კულონის კანონი ზუსტად აღწერს ელექტროსტატიკურ ურთიერთქმედებას, ეფუძნება დიდი რაოდენობით სხვა ექსპერიმენტულ მონაცემებს, რომლებიც ამას ადასტურებენ. გამოდის, რომ კულონის კანონი მოქმედებს როგორც ძალიან დიდ, ასევე ძალიან მცირე დისტანციებზე. კერძოდ, ატომური ფენომენების შესწავლა საშუალებას გვაძლევს დავასკვნათ, რომ ის მოქმედებს ატომის ბირთვის ზომის ზომით მაინც დისტანციებზე.
ბრინჯი. 5. წერტილოვანი მუხტების ურთიერთქმედება (კულონის კანონი)
გაითვალისწინეთ, რომ სხეულების ელექტროსტატიკური ურთიერთქმედება სფერულად სიმეტრიული მუხტის განაწილებით აღწერილია იგივე გამონათქვამებით (1) და (2), როგორც ამ სხეულების ცენტრებში მოთავსებული წერტილოვანი მუხტების ურთიერთქმედება.
დამუხტვის ერთეულები.კოეფიციენტი k, რომელიც გამოჩნდება ფორმულებში (1) და (2) დამოკიდებულია ერთეულების არჩევანზე. ფიზიკაში ფართოდ გავრცელდა ერთეულების ორი სისტემა, რომლებშიც ელექტრომაგნიტური სიდიდეების ერთეულების დანერგვა ეფუძნება განსხვავებულს. ფიზიკური კანონები. AGSE სისტემაში (აბსოლუტური ელექტროსტატიკური სისტემა), რომელიც აგებულია სამ ძირითად ერთეულზე - სიგრძეზე, დროსა და მასაზე - ელექტრული მუხტის ერთეული წარმოებულია. ის შეირჩევა კულონის კანონის საფუძველზე ისე, რომ კოეფიციენტი k იყოს მასში ერთის ტოლი. მუხტის ამ ერთეულს აბსოლუტური ელექტროსტატიკური ერთეული ეწოდება. ეს არის მუხტი, რომელიც მოქმედებს ვაკუუმში თანაბარ მუხტზე, რომელიც მდებარეობს ერთი სანტიმეტრის მანძილზე, ერთი დინის ტოლი ძალით. დატენვის განზომილება SGSE სისტემაში დადგენილია ფორმულიდან (1) at
კულონის კანონის გამომხატველ ფორმულას GSE სისტემაში აქვს ფორმა
ერთეულთა საერთაშორისო სისტემაში შვიდ ძირითად ერთეულს შორის არის ელექტრული დენის ერთეული - ამპერი ეს ერთეული დგინდება დენების მაგნიტური ურთიერთქმედების საფუძველზე, რაც დეტალურად იქნება განხილული კვლევის დროს. მაგნიტური ველიმიმდინარე მუხტის ერთეული - კულონი (C) - წარმოებულია და გამოიხატება ორი ძირითადი ერთეულის - დენის და დროის მეშვეობით. განმარტებით, ერთი კულონი არის მუხტი, რომელიც გადის ერთ წამში გამტარის კვეთაზე, რომელშიც შენარჩუნებულია ერთი ამპერის მუდმივი ელექტრული დენი:
ელექტროდინამიკაში ნაჩვენებია, რომ არსებობს შემდეგი კავშირი კულონსა და მუხტის აბსოლუტურ ელექტროსტატიკურ ერთეულს შორის:
ვინაიდან SI მუხტის ერთეული დადგენილია კულონის კანონისგან დამოუკიდებლად, კოეფიციენტი k (1) აღარ არის ერთობის ტოლი. ის ჩვეულებრივ იწერება იმ ფორმით, სადაც არის გარკვეული განზომილებიანი მუდმივი, რომელსაც ეწოდება ელექტრული მუდმივი. კულონის კანონის გამოხატულება SI-ში არის
ელექტრული მუდმივის მნიშვნელობა შეიძლება მოიძებნოს კულონსა და დამუხტვის ერთეულს SGSE-ს შორის (6) მიმართებით. იყოს ორი წერტილის მუხტი Cl, გამოყოფილი მანძილით, მაშინ, ფორმულის მიხედვით (4), ურთიერთქმედების ძალა ტოლია
მეორე მხრივ, (7) მიხედვით, ეს იგივე ძალა უდრის
ელემენტარული ელექტრული მუხტი.ბუნებაში, ელექტრული მუხტები არსებობს მხოლოდ დამუხტული ნაწილაკების სახით, რომლებიც პირობითად ითვლება უმარტივესად ან ელემენტარულად. ელექტრული მუხტის არსებობა ზოგიერთი ელემენტარული ნაწილაკების თანდაყოლილი თვისებაა. უარყოფითი მუხტების მატარებლები არიან
ელექტრონები, დადებითი მუხტები - პროტონები. ყველა პროტონის მუხტი ერთნაირია და უდრის ბუნებაში ნაპოვნი მინიმალურ მუხტს - ე.წ.
ყველა ელექტრონის მუხტიც იგივეა და აბსოლუტური მნიშვნელობით ელემენტარული ელექტრული მუხტის ტოლია. ნებისმიერი ელემენტის ატომი შეიცავს იმდენ ელექტრონს თავის ელექტრონულ გარსში, რამდენიც არის პროტონები მის ბირთვში და, შესაბამისად, ატომი ელექტრულად ნეიტრალურია.
ნეიტრალური იქნება ატომებისგან აგებული მოლეკულები და მაკროსკოპული სხეულები. სხეულების ელექტრიფიკაციის ნებისმიერი პროცესი დაკავშირებულია ელექტრული მუხტების განცალკევებასთან, როდესაც ერთ სხეულზე (ან სხეულის ნაწილზე) ჩნდება დადებითი მუხტების სიჭარბე, ხოლო მეორეზე (ან სხვა ნაწილზე) უარყოფითი მუხტების სიჭარბე. სხეული). შენარჩუნებულია დადებითი და უარყოფითი მუხტების საერთო რაოდენობა; როგორც წესი, ელექტრიფიკაცია დაკავშირებულია ელექტრონების გადაცემასთან, რომელთა მასა უკიდურესად მცირეა (კგ). მაშასადამე, შესაძლებელია მაკროსკოპული სხეულიდან ელექტრონების უზარმაზარი რაოდენობის გადატანა ან ამოღება მისი მასის შესამჩნევი ცვლილების გარეშე, რაც სხეულს გადასცემს მნიშვნელოვან ელექტრული მუხტს.
ელექტრული მუხტის შენარჩუნების კანონი.ელექტრული მუხტის კონსერვაცია მისი ყველაზე მნიშვნელოვანი თვისებაა, რომელიც ცნობილია გამოცდილებიდან: იზოლირებულ სისტემაში ყველა სხეულის მუხტების ალგებრული ჯამი უცვლელი რჩება. ამ კანონის მართებულობა დასტურდება არა მხოლოდ ელექტრიფიკაციის პროცესებში, არამედ დაკვირვებითაც დიდი რაოდენობით დაბადებულებაზე, განადგურებასა და ელემენტარული ნაწილაკების ურთიერთ გარდაქმნაზე.
ელექტრული მუხტის შენარჩუნების კანონი ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებულია ფუნდამენტური კანონებიბუნება. მისი დარღვევის არც ერთი შემთხვევა არ არის ცნობილი. იმ შემთხვევებშიც კი, როდესაც ხდება ახალი დამუხტული ნაწილაკის დაბადება, ამავე დროს აუცილებლად იბადება სხვა ნაწილაკი თანაბარი და საპირისპირო მუხტით. შეუძლებელია ელემენტარული ნაწილაკის "დამუხტვა", ანუ მისი მუხტის შეცვლა - ჩვენ უბრალოდ მივიღებთ სხვა ნაწილაკს.
ელემენტარული ნაწილაკების ელექტრული მუხტი არ არის დამოკიდებული არც საცნობარო ჩარჩოს არჩევანზე, არც ნაწილაკების მოძრაობის მდგომარეობაზე და არც სხვა ნაწილაკებთან მის ურთიერთქმედებაზე. ამრიგად, მაკროსკოპული სხეულის მუხტი არ არის დამოკიდებული არც მისი შემადგენელი ნაწილაკების მოძრაობაზე და არც მთლიანად სხეულის მოძრაობაზე.
ამოცანები
1. ელექტრონი წყალბადის ატომში. ატომის პლანეტარული მოდელში ვარაუდობენ, რომ ელექტრონი მოძრაობს ბირთვის გარშემო ბირთვისკენ მიზიდულობის კულონის ძალის გავლენით. იმის გათვალისწინებით, რომ ელექტრონის მოძრაობა ემორჩილება კანონებს
კლასიკური მექანიკა, განსაზღვრავს ელექტრონის სიჩქარეს რადიუსის წრიულ ორბიტაზე წყალბადის ატომში.
გამოსავალი. როდესაც ელექტრული მუხტები ნელა მოძრაობენ, ანუ მათი სიჩქარე სინათლის სიჩქარეზე ბევრად ნაკლებია, მათ შორის ურთიერთქმედება, პირველ მიახლოებამდე, იგივე იქნება, რაც სტაციონარულ მუხტებს შორის.
2. დამუხტული ბურთები. ორი იდენტური ლითონის ბურთი, რომელიც მდებარეობს მათ ზომაზე დიდ მანძილზე, იზიდავს ერთმანეთს და ცნობილია, რომ ერთ-ერთ მათგანს სამჯერ მეტი მუხტი აქვს. როგორ შეიცვლება მათი ურთიერთქმედების ძალა, თუ ბურთები კონტაქტში შედიან და შემდეგ დაშორდებიან იმავე მანძილზე?
გამოსავალი. მას შემდეგ, რაც ბურთები თავიდან იზიდავდა, მათ საპირისპირო ნიშნების მუხტი ჰქონდათ. როდესაც იდენტური ბურთები შედის კონტაქტში, სიმეტრიის გამო, მთლიანი მუხტი მათ შორის თანაბრად გადანაწილდება. ერთი ბურთის მუხტის აბსოლუტური მნიშვნელობა სამჯერ მეტია მეორეზე. მაშასადამე, მუხტის ნაწილობრივი განეიტრალების შემდეგ ბურთების შეხებისას, თითოეულ მათგანს ექნება ერთი და იგივე ნიშნის მუხტი და ამ მუხტის მოდული უდრის საწყისი მუხტების მოდულების პატარას. აქედან ირკვევა, რომ ბურთები მოიგერია მიზიდულობის საწყის ძალაზე სამჯერ ნაკლები ძალით.
რატომ ამბობს პრობლემის განცხადებაში, რომ ბურთების ზომები მცირეა მათ შორის მანძილთან შედარებით? ჩვენს გადაწყვეტაში ჩვენ ჩუმად ვეყრდნობოდით კულონის კანონს, რომელიც მოქმედებს წერტილოვანი მუხტების ურთიერთქმედებისთვის. ამიტომ, ბურთების ხაზოვანი ზომები უნდა იყოს მცირე, რათა არ დაგჭირდეთ ფიქრი იმაზე, რომ მუხტები ნაწილდება ბურთებზე არათანაბრად, ან იმაზე, თუ როგორ იცვლება ეს განაწილება მათი დატენვისას.
რა ექსპერიმენტები აჩვენებს, რომ არსებობს ორი სახის ელექტრული მუხტი?
რატომ არის მაკროსკოპული სხეულები ჩვენს ირგვლივ სამყაროში, როგორც წესი, ელექტრონულად ნეიტრალური?
ახსენით ელექტროსკოპის მოქმედების პრინციპი (ნახ. 2).
როგორ დავამუხტოთ ელექტრომეტრი ან ელექტროსკოპი ხახუნის ელექტრიფიკაციისა და ზემოქმედებით ელექტრიფიკაციის გამოყენებით? ახსენით მიმდინარე პროცესები.
აღწერეთ, როგორ დგინდება ურთიერთქმედების ძალის დამოკიდებულება მუხტის მნიშვნელობაზე კულონის ექსპერიმენტებში, იმის გათვალისწინებით, რომ არ არსებობს მუხტის გაზომვის დამოუკიდებელი გზა.
ახსენით, როგორ გადავიდეთ ფორმულიდან (I), რომელიც გამოხატავს კულონის კანონის ვექტორულ გამოსახულებას (2) მუხტის ურთიერთქმედების ძალისთვის.
გამოიტანეთ SGSE სისტემის დატენვის განზომილება.
მიიღეთ ელექტრული მუდმივის განზომილების გამოხატულება.
რა არის ელექტრული მუხტის შენარჩუნების კანონი? შეიძლება თუ არა ცალკეული ნაწილაკების მუხტი და მთლიანი ელექტრული მუხტი შეიცვალოს ბირთვული რეაქციების და ელემენტარული ნაწილაკების ურთიერთ გარდაქმნების დროს?
რატომ არის შესაძლებელი ელექტრონის მიზიდულობის ძალის იგნორირება ბირთვისკენ 1 ამოცანის ამოხსნისას? რამდენჯერ ნაკლებია ელექტროსტატიკური მიზიდულობის ძალაზე?
ერთ-ერთი ძირითადი ფიზიკური რაოდენობით, რომელიც პირდაპირ კავშირშია ელექტროენერგიასთან და კერძოდ ელექტროტექნიკასთან - ეს არის ელექტრო მუხტი. ჩვენ მიჩვეულები ვართ იმ ფაქტს, რომ ელექტროტექნიკაში მუხტი იზომება გულსაკიდი, მაგრამ ცოტამ თუ იცის, რომ არსებობს ელექტრული მუხტის საზომი სხვა ერთეულები. ელექტრული სქემების გაანგარიშებისას და ელექტრული საზომი ხელსაწყოების გამოყენებისას გამოიყენება SI ერთეულების საერთაშორისო სისტემა. მაგრამ იცოდით, რომ არსებობს სხვა საზომი სისტემები?
მუხტის საზომი ერთეული ბევრისთვის სკოლიდან იყო ცნობილი. ეს ეხება, როგორც უკვე მიხვდით, ერთეულების SI სისტემას. ეს არის მიღებული რაოდენობა, რომელიც არ არის ძირითადი SI სისტემაში. იგი მომდინარეობს სხვა რაოდენობებისგან და განისაზღვრება სხვა რაოდენობებით.
საზომი ერთეული ეწოდა მეცნიერის - ჩარლზ დე ავგუსტინ კულონის სახელს, რომელმაც აღმოაჩინა მუხტების ურთიერთქმედების კანონი და შესაბამისად, ელექტრული მუხტი. გადასახადის ოდენობა შემოკლებულია ასოებით კლ, და რაც შეეხება გადასახადის ოდენობას, თან წერენ დიდი ასოებით - გულსაკიდი .
SI სისტემაში ელექტრული მუხტის განმარტება შემდეგია:
ერთი კულონის ელექტრული მუხტი არის მუხტი, რომელიც გადის გამტარის კვეთაზე ერთი ამპერის დენით წამის ტოლ დროს.
არსებობს კავშირი მუხტსა და ერთეულს შორის ამპერ საათში. ელექტროენერგიის ერთი კულონი უდრის 1/3600 ამპერ საათს.
მუხტის კიდევ ერთი ერთეული და საზომი, რომელსაც ამერიკელი გამომგონებლისა და ფიზიკოსის - ბენჯამინ ფრანკლინის სახელი ჰქვია. მისი პორტრეტი შეგიძლიათ ნახოთ აშშ-ს ასდოლარიან კუპიურაზე. ეს ერთეული მიეკუთვნება ერთეულების SGSE სისტემას, რომელშიც ძირითადი ერთეულებია სანტიმეტრი, გრამი და წამი. წინააღმდეგ შემთხვევაში, ამ ერთეულთა სისტემას აბსოლუტურ სისტემას უწოდებენ ფიზიკური ერთეულებიდა იგი ფართოდ გამოიყენებოდა SI სისტემის მიღებამდე (მიღებული 1960 წელს).
საზომი ერთეული შემოკლებულია როგორც ფ(რუსული) ან ფ(ინგლისური).
ელექტრული მუხტის განმარტება SGSE სისტემაში ასეთია:
ელექტრული მუხტის რაოდენობა ერთ ფრანკლინში არის მუხტის ისეთი რაოდენობა, რომ ერთი ფრანკლინის ორი საპირისპირო მუხტი, რომელიც მდებარეობს ვაკუუმში ერთი სანტიმეტრის მანძილზე, მიიზიდავს ერთმანეთს ერთი დინის ძალით.
როგორც განმარტებიდან ჩანს, ის განსხვავდება SI სისტემისთვის მოცემულისგან. განსხვავება უპირველეს ყოვლისა იმაში მდგომარეობს, რომ SI სისტემაში მუხტი გამოხატულია დენის სიძლიერის მიხედვით და განისაზღვრება ამის საფუძველზე, მაგრამ SGSE სისტემაში მუხტი გამოხატულია .
SGSE სისტემა მოსახერხებელია ფიზიკაში გამოთვლებისა და კვლევისთვის, ხოლო SI სისტემა უფრო მოსახერხებელია ელექტროტექნიკის პრაქტიკული საჭიროებებისთვის.
კულონის კანონი, რომელიც პირდაპირ კავშირშია მუხტებთან, სხვაგვარად არის დაწერილი SI და SGS (SGSE) სისტემებში. დამუხტვის ერთეული ში 1 კლშეიძლება ითარგმნოს 1 ფრდა პირიქით.
ასევე არსებობს პლანკის ბუნებრივი საზომი ერთეულების სისტემა და ის ასევე შეიცავს ელექტრო მუხტს. ეს სისტემა პირველად გერმანელმა ფიზიკოსმა შემოგვთავაზა მაქს პლანკი 1899, სინათლის სიჩქარისა და გრავიტაციული მუდმივის და კიდევ ორი მუდმივის საფუძველზე, მან შემოიღო.
რეზიუმე ელექტროტექნიკის შესახებ
დაასრულა: აგაფონოვი რომან
ლუგას აგროინდუსტრიული კოლეჯი
შეუძლებელია მუხტის მოკლე განმარტება, რომელიც დამაკმაყოფილებელია ყველა თვალსაზრისით. ჩვენ მიჩვეულები ვართ გასაგები ახსნა-განმარტების პოვნას ძალიან რთული წარმონაქმნებისა და პროცესებისთვის, როგორიცაა ატომი, თხევადი კრისტალები, მოლეკულების განაწილება სიჩქარით და ა.შ. მაგრამ ყველაზე საბაზისო, ფუნდამენტური ცნებები, უფრო მარტივებად განუყოფელი, დღევანდელი მეცნიერების აზრით, ყოველგვარი შინაგანი მექანიზმისგან მოკლებული, მოკლედ აღარ შეიძლება იყოს დამაკმაყოფილებელი ახსნა. მით უმეტეს, თუ საგნები უშუალოდ ჩვენი გრძნობებით არ აღიქმება. სწორედ ამ ფუნდამენტურ ცნებებს ეხება ელექტრული მუხტი.
ჯერ შევეცადოთ გავარკვიოთ არა რა არის ელექტრული მუხტი, არამედ რა იმალება განცხადების მიღმა: ამ სხეულს ან ნაწილაკს აქვს ელექტრული მუხტი.
თქვენ იცით, რომ ყველა სხეული აგებულია პაწაწინა ნაწილაკებისგან, რომლებიც განუყოფელია უფრო მარტივ (რამდენადაც მეცნიერებამ იცის) ნაწილაკებად, რომლებსაც, შესაბამისად, ელემენტარულს უწოდებენ. ყველა ელემენტარულ ნაწილაკს აქვს მასა და ამის გამო ისინი იზიდავენ ერთმანეთს. კანონის მიხედვით უნივერსალური გრავიტაციამიზიდულობის ძალა შედარებით ნელა მცირდება მათ შორის მანძილის მატებასთან ერთად: მანძილის კვადრატის უკუპროპორციულია. გარდა ამისა, ელემენტარული ნაწილაკების უმეტესობას, თუმცა არა ყველა, აქვს ერთმანეთთან ურთიერთქმედების უნარი ძალით, რომელიც ასევე მცირდება მანძილის კვადრატის შებრუნებული პროპორციით, მაგრამ ეს ძალა უზარმაზარი რაოდენობით აღემატება სიმძიმის ძალას. . ამგვარად, წყალბადის ატომში, სქემატურად ნაჩვენებია სურათზე 1, ელექტრონი იზიდავს ბირთვს (პროტონს) გრავიტაციული მიზიდულობის ძალაზე 1039-ჯერ მეტი ძალით.
თუ ნაწილაკები ერთმანეთთან ურთიერთქმედებენ ძალებით, რომლებიც ნელ-ნელა მცირდება მანძილის მატებასთან ერთად და ბევრჯერ აღემატება სიმძიმის ძალებს, მაშინ ამ ნაწილაკებს ელექტრული მუხტი აქვთ. თავად ნაწილაკებს დამუხტულს უწოდებენ. არსებობს ნაწილაკები ელექტრული მუხტის გარეშე, მაგრამ არ არსებობს ელექტრული მუხტი ნაწილაკების გარეშე.
დამუხტულ ნაწილაკებს შორის ურთიერთქმედებას ელექტრომაგნიტური ეწოდება. როდესაც ვამბობთ, რომ ელექტრონები და პროტონები ელექტრული დამუხტულია, ეს ნიშნავს, რომ მათ შეუძლიათ გარკვეული ტიპის (ელექტრომაგნიტური) ურთიერთქმედება და მეტი არაფერი. ნაწილაკებზე მუხტის ნაკლებობა ნიშნავს, რომ ის ვერ ამჩნევს ასეთ ურთიერთქმედებებს. ელექტრული მუხტი განსაზღვრავს ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების ინტენსივობას, ისევე როგორც მასა განსაზღვრავს გრავიტაციული ურთიერთქმედების ინტენსივობას. ელექტრული მუხტი ელემენტარული ნაწილაკების მეორე (მასის შემდეგ) ყველაზე მნიშვნელოვანი მახასიათებელია, რომელიც განსაზღვრავს მათ ქცევას გარემომცველ სამყაროში.
ამგვარად
ელექტრული მუხტი არის ფიზიკური სკალარული სიდიდე, რომელიც ახასიათებს ნაწილაკების ან სხეულების თვისებას ელექტრომაგნიტური ძალის ურთიერთქმედებაში შესვლისთვის.
ელექტრული მუხტი სიმბოლოა ასოებით q ან Q.
ისევე, როგორც მექანიკაში, კონცეფცია ხშირად გამოიყენება მატერიალური წერტილი, რაც შესაძლებელს ხდის მნიშვნელოვნად გამარტივდეს მრავალი პრობლემის გადაწყვეტა, მუხტების ურთიერთქმედების შესწავლისას, წერტილის მუხტის იდეა ეფექტური აღმოჩნდება. წერტილოვანი მუხტი არის დამუხტული სხეული, რომლის ზომები მნიშვნელოვნად ნაკლებია მანძილს ამ სხეულიდან დაკვირვების წერტილამდე და სხვა დამუხტულ სხეულებამდე. კერძოდ, თუ ისინი საუბრობენ ორი წერტილის მუხტის ურთიერთქმედების შესახებ, ისინი თვლიან, რომ განხილულ ორ დამუხტულ სხეულს შორის მანძილი მნიშვნელოვნად აღემატება მათ ხაზოვან ზომებს.
ელემენტარული ნაწილაკების ელექტრული მუხტი არ არის სპეციალური „მექანიზმი“ ნაწილაკში, რომელიც შეიძლება ამოღებულ იქნეს მისგან, დაიშალა მის შემადგენელ ნაწილებად და ხელახლა შეიკრიბოს. ელექტრონზე და სხვა ნაწილაკებზე ელექტრული მუხტის არსებობა მხოლოდ მათ შორის გარკვეული ურთიერთქმედების არსებობას ნიშნავს.
ბუნებაში არის ნაწილაკები საპირისპირო ნიშნების მუხტით. პროტონის მუხტს დადებითი ეწოდება, ხოლო ელექტრონის მუხტს უარყოფითი. ნაწილაკზე მუხტის დადებითი ნიშანი, რა თქმა უნდა, არ ნიშნავს, რომ მას რაიმე განსაკუთრებული უპირატესობა აქვს. ორი ნიშნის მუხტის შემოღება უბრალოდ გამოხატავს იმ ფაქტს, რომ დამუხტულ ნაწილაკებს შეუძლიათ მოზიდვაც და მოგერიებაც. თუ დამუხტვის ნიშნები ერთნაირია, ნაწილაკები მოგერიდებათ, ხოლო თუ მუხტის ნიშნები განსხვავებულია, ისინი იზიდავენ.
ამჟამად არ არის განმარტებული ორი ტიპის ელექტრული მუხტის არსებობის მიზეზები. ნებისმიერ შემთხვევაში, დადებით და უარყოფით მუხტებს შორის ფუნდამენტური განსხვავებები არ არის ნაპოვნი. თუ ნაწილაკების ელექტრული მუხტების ნიშნები საპირისპიროდ შეიცვლებოდა, მაშინ ბუნებაში ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების ბუნება არ შეიცვლებოდა.
დადებითი და უარყოფითი მუხტები ძალიან კარგად არის დაბალანსებული სამყაროში. და თუ სამყარო სასრულია, მაშინ მისი მთლიანი ელექტრული მუხტი, დიდი ალბათობით, ნულის ტოლია.
ყველაზე საყურადღებო ის არის, რომ ყველა ელემენტარული ნაწილაკების ელექტრული მუხტი სიდიდით მკაცრად ერთნაირია. არის მინიმალური მუხტი, რომელსაც ელემენტარული ეწოდება, რომელსაც აქვს ყველა დამუხტული ელემენტარული ნაწილაკი. მუხტი შეიძლება იყოს დადებითი, პროტონის მსგავსად, ან უარყოფითი, როგორც ელექტრონი, მაგრამ მუხტის მოდული ყველა შემთხვევაში ერთნაირია.
შეუძლებელია მუხტის ნაწილის გამოყოფა, მაგალითად, ელექტრონისაგან. ეს არის ალბათ ყველაზე გასაკვირი რამ. არცერთი თანამედროვე თეორიაარ შეუძლია ახსნას, თუ რატომ არის ყველა ნაწილაკების მუხტი ერთნაირი და არ შეუძლია გამოთვალოს მინიმალური ელექტრული მუხტის მნიშვნელობა. იგი განისაზღვრება ექსპერიმენტულად სხვადასხვა ექსპერიმენტების გამოყენებით.
1960-იან წლებში, მას შემდეგ, რაც ახლად აღმოჩენილი ელემენტარული ნაწილაკების რაოდენობამ საგანგაშო ზრდა დაიწყო, გაჩნდა ჰიპოთეზა, რომ ყველა ძლიერ ურთიერთქმედება ნაწილაკი კომპოზიტურია. უფრო ფუნდამენტურ ნაწილაკებს ეწოდა კვარკები. საოცარი იყო ის, რომ კვარკებს უნდა ჰქონდეთ წილადი ელექტრული მუხტი: ელემენტარული მუხტის 1/3 და 2/3. პროტონებისა და ნეიტრონების ასაშენებლად საკმარისია ორი ტიპის კვარკი. და მათი მაქსიმალური რაოდენობა, როგორც ჩანს, არ აღემატება ექვსს.
შეუძლებელია ელექტრული მუხტის ერთეულის მაკროსკოპული სტანდარტის შექმნა, სიგრძის სტანდარტის მსგავსი - მეტრი, მუხტის გარდაუვალი გაჟონვის გამო. ბუნებრივი იქნებოდა ელექტრონის მუხტის აღება როგორც ერთი (ეს ახლა კეთდება ატომურ ფიზიკაში). მაგრამ კულონის დროს ბუნებაში ელექტრონების არსებობა ჯერ კიდევ არ იყო ცნობილი. გარდა ამისა, ელექტრონის მუხტი ძალიან მცირეა და, შესაბამისად, რთული გამოსაყენებელია როგორც სტანდარტი.
ერთეულების საერთაშორისო სისტემაში (SI) მუხტის ერთეული, კულონი, დადგენილია დენის ერთეულის გამოყენებით:
1 კულონი (C) არის მუხტი, რომელიც გადის გამტარის კვეთაზე 1 წამში 1 ა დენის დროს.
მუხტი 1 C არის ძალიან დიდი. ორი ასეთი მუხტი 1 კმ მანძილზე მოიგერიებს ერთმანეთს ძალზე ოდნავ ნაკლები ძალით გლობუსიიზიდავს 1 ტონას წონით ტვირთს, ამიტომ შეუძლებელია 1 C მუხტის გადაცემა პატარა სხეულზე (დაახლოებით რამდენიმე მეტრის ზომით). ერთმანეთისგან მოგერიება, დამუხტული ნაწილაკები ასეთ სხეულზე ვერ დარჩებიან. ბუნებაში არ არსებობს სხვა ძალები, რომლებსაც შეეძლოთ ამ პირობებში კულონის მოგერიების კომპენსირება. მაგრამ დირიჟორში, რომელიც ზოგადად ნეიტრალურია, ძნელი არ არის 1 C მუხტის დაყენება მოძრაობაში. მართლაც, ჩვეულებრივ ნათურაში, რომლის სიმძლავრეა 100 ვტ, 127 ვ ძაბვაზე, დგინდება დენი, რომელიც ოდნავ ნაკლებია 1 ა-ზე. ამავდროულად, 1 წამში ჯვარზე გადის მუხტი თითქმის 1 C-ის ტოლი. - დირიჟორის განყოფილება.
ელექტრომეტრი გამოიყენება ელექტრული მუხტების გამოსავლენად და გასაზომად. ელექტრომეტრი შედგება ლითონის ღეროსა და მაჩვენებლისგან, რომელსაც შეუძლია ბრუნოს ჰორიზონტალური ღერძის გარშემო (ნახ. 2). ისრიანი ჯოხი ფიქსირდება პლექსიგლასის ყდაში და მოთავსებულია ლითონის ცილინდრულ კორპუსში, დახურულია მინის გადასაფარებლებით.
ელექტრომეტრის მუშაობის პრინციპი. შევეხოთ დადებითად დამუხტულ ღეროს ელექტრომეტრულ ღეროს. ჩვენ დავინახავთ, რომ ელექტრომეტრის ნემსი გადაიხრება გარკვეული კუთხით (იხ. სურ. 2). ისრის ბრუნვა აიხსნება იმით, რომ დამუხტული სხეული ელექტრომეტრის ღეროსთან შეხებისას ელექტრული მუხტები ნაწილდება ისრისა და ღეროს გასწვრივ. ამაღელვებელი ძალები, რომლებიც მოქმედებს ღეროსა და მაჩვენებელზე მსგავს ელექტრო მუხტებს შორის, იწვევს მაჩვენებლის ბრუნვას. ისევ გავაელექტროთ ებონიტის ღერო და ისევ შევეხოთ ელექტრომეტრის ღეროს. გამოცდილება გვიჩვენებს, რომ ღეროზე ელექტრული მუხტის მატებასთან ერთად იზრდება ისრის გადახრის კუთხე ვერტიკალური მდგომარეობიდან. შესაბამისად, ელექტრომეტრის ნემსის გადახრის კუთხით შეიძლება ვიმსჯელოთ ელექტრომეტრის ღეროზე გადატანილი ელექტრული მუხტის სიდიდეზე.
ყველა ცნობილი ექსპერიმენტული ფაქტის ერთობლიობა საშუალებას გვაძლევს გამოვყოთ მუხტის შემდეგი თვისებები:
არსებობს ორი სახის ელექტრული მუხტი, რომელსაც პირობითად უწოდებენ დადებით და უარყოფითს. დადებითად დამუხტული სხეულები არის ის სხეულები, რომლებიც მოქმედებენ სხვა დამუხტულ სხეულებზე ისევე, როგორც მინა, რომელიც ელექტრიფიცირებულია აბრეშუმის წინააღმდეგ ხახუნის შედეგად. სხეულებს, რომლებიც მოქმედებენ ისევე, როგორც ებონიტი, რომელიც ელექტრიფიცირებულია მატყლთან ხახუნის შედეგად, უარყოფითად დამუხტულს უწოდებენ. მინაზე წარმოქმნილი მუხტებისთვის სახელის „დადებითი“ და ებონიტის მუხტებისთვის „ნეგატიური“ არჩევანი სრულიად შემთხვევითია.
მუხტების გადატანა შესაძლებელია (მაგალითად, პირდაპირი კონტაქტით) ერთი სხეულიდან მეორეზე. სხეულის მასისგან განსხვავებით, ელექტრული მუხტი არ არის მოცემული სხეულის განუყოფელი მახასიათებელი. ერთსა და იმავე სხეულს სხვადასხვა პირობებში შეიძლება ჰქონდეს განსხვავებული მუხტი.