Elektr zaryad

Электр заряди материянинг физик хоссаси бўлиб, зарядланган модданинг электромагнит майдонга қўйилганда кучга эга бўлишига олиб келади. Электр заряди мусбат ёки манфий бўлиши мумкин (одатда протонлар ва электронлар томонидан ташилади). Бир хил ишорали зарядлар бир-бирини итаради ва турли ишорали зарядлар бир-бирини тортади. Аниқ зарядсиз жисм нейтрал деб аталади. Зарядланган моддаларнинг ўзаро таъсири ҳақидаги дастлабки билимлар классик электродинамика деб аталади ва квант таъсирини ҳисобга олишни талаб қилмайдиган муаммолар учун ҳали ҳам тўғри.

Электр заряди сақланадиган катталик; изоляция қилинган тизимнинг соф заряди, мусбат заряд миқдори ва манфий заряд миқдори йиғиндиси ўзгармайди. Электр зарядини субатомик зарралар олиб юради. Оддий моддада манфий зарядни электронларда, мусбат зарядни эса атом ядроларидаги протонларда сақланади. Агар моддада электронлар протондан кўп бўлса, у манфий зарядга эга бўлади, камроқ бўлса — мусбат зарядга эга бўлади, агар уларнинг сони тенг бўлса, бу модда нейтрал бўлади. Заряд квантланган бўлиб; уни э=1.602×10^-19 C элементар заряд деб аталадиган бирликка каррали қийматни қабул қилади. э эркин мавжуд бўлиши мумкин бўлган энг кичик заряд (кварклар деб аталадиган зарралар кичикроқ зарядга эга -1/3э ёки 2/3э лекин улар фақат комбинацияда топилади ва ҳар доим э нинг бутун сони бўлган зарядга эга бўлган заррачаларни ҳосил қилиш учун бирлашадилар). Протоннинг заряд миқдории +э, электроники эса -э.

Электр заряди электр майдонларини ҳосил қилади^[1]. Ҳаракатланувчи заряд эса қўшимча магнит майдон ҳам ҳосил қилади^[2]. Электр зарядларининг электромагнит майдон билан ўзаро таъсири (электр ва магнит майдонларнинг комбинацияси) электромагнит (ёки Лоренц) кучининг манбаи^[3] физикадаги тўртта асосий кучлардан биридир. Зарядланган зарралар орасидаги фотон воситачилигидаги ўзаро таъсирларни ўрганиш квант электродинамика деб аталади^[4].

СИ томонидан олинган электр заряд бирлиги франсуз физиги Шарл-Агустин де Кулон шарафига кулон (C) деб номланган. Электротехникада заряд бирлигини ампер-соатда (А⋅ҳ) фойдаланиш ҳам кенг тарқалган. Физика ва кимёда эса асосан элементар заряддан (э) бирлик сифатида фойдаланилади. Кимёда бир мол элементар заряднинг заряди бўлган Фарадай доимийси ҳам қўлланади. Кичик қ белгиси кўпинча заряд миқдорини билдиради.

Заряд — модданинг бошқа зарядланган материя билан электростатик тортишиш ёки итарилишини кўрсатадиган асосий хусусиятидир. Электр заряди кўплаб субатомик зарраларнинг характерли хусусиятидир. Эркин турган заррачаларнинг зарядлари э элементар зарядга каррали бўлади; шунинг учун биз электр заряди э ни квантланган деймиз. Майкл Фарадай ўзининг электролиз тажрибаларида биринчи бўлиб электр зарядининг дискрет табиатини қайд этди. Роберт Милликаннинг нефт томчилари тажрибаси бу ҳақиқатни тўғридан-тўғри кўрсатди ва элементар зарядни ўлчади. Макроскопик обектлар шаклланиши жараёнида таркибий атомлар ва ионлар одатда нейтрал атомларга электр билан боғланган нейтрал ионли бирикмалардан ташкил топган тузилмаларни ҳосил қилиш учун бирлашади. Шундай қилиб, макроскопик об’эктлар умуман нейтрал бўлишга интилади, аммо макроскопик обектлар камдан-кам ҳоллардагина мутлоқ нейтрал бўлади.

Баъзан макроскопик обектларда материал бўйлаб тарқалган, ўз жойида қаттиқ боғланган ионлар мавжуд бўлиб, об’эктга умумий аниқ мусбат ёки манфий заряд беради. Шунингдек, ўтаўтказувчи элементлардан ясалган макроскопик обектлар камроқ ёки осонлик билан (элементга қараб) электронларни қабул қилиши ёки бериши, сўнгра аниқ манфий ёки мусбат зарядни сақлаши мумкин. Агар обектнинг аниқ электр заряди нолга тенг бўлмаса ва ҳаракациз бўлса, бу ҳодиса статик электрланганлик деб номланади. Буни иккита ўхшаш бўлмаган материални бир-бирига ишқалаш, масалан, ани мўйнага ёки шиша билан ипак билан ишқалаш орқали осонгина заряд ҳосил қилиш мумкин. Шу тарзда, электр ўтказмайдиган материаллар сезиларли даражада мусбат ёки манфийй зарядланиши мумкин. Бир материалдан олинган заряд бошқа материалга ўтказилади ва иккинчи жисм биринчи жисм билан бир хил катталикдаги, аммо қарама-қарши ишора билан зарядланиб қолади. Заряднинг сақланиш қонуни ҳар доим амал қилади, мусбат зарядланган обектга бир хил катталикдаги манфий заряд бериши керак, ёки аксинча.

Бирлик

СИ томонидан олинган электр заряд миқдорининг бирлиги кулондир (белги: C). Кулон, бир сония давомида бир амперга эга бўлган электр ўтказгичнинг кесимидан ўтадиган заряд миқдори сифатида аниқланади^[5]. Бу бирлик 1946-йилда таклиф қилинган ва 1948-йилда ратификация қилинган^[5]. Электр заряд миқдорини кўрсатиш учун одатда қ белгиси ишлатилади. Электр зарядининг миқдори тўғридан-тўғри электрометр билан ёки билвосита баллистик галванометр билан ўлчаниши мумкин.

Элементар заряд (протоннинг электр заряди) СИ бирликлар тизимида асосий катталик сифатида ишлатилади. Элементар заряднинг қиймати, СИ бирлик системасида айнан 1.602176634×10^-19 C га тенг

Тарих

Қадим замонлардан бери одамлар тўрт турдаги ҳодисалар билан таниш бўлган, бугунги кунда ҳаммаси электр заряди тушунчаси ёрдамида тушунтирилади: (а) чақмоқ, (б) торпедо балиқлари (ёки электр нурлари), (c) Авлиё Элмо олови ва (д) мўйна билан ишқаланган қаҳрабо кичик, енгил нарсаларни ўзига тортиши^[6]. Қаҳрабо ҳақида биринчи маълумот кўпинча қадимги юнон математиги Милетлик Талесга тегишли бўлиб, у милоддан аввалги (624-546) даврларда яшаган. Аммо Тҳалес бирон бир ёзув қолдирганми ёки йўқми деган шубҳалар мавжуд; ^[7] чунки унинг қаҳрабо ҳақидаги ёзувлари 200-йилларнинг бошидаги манбалардан маълум^[8]. Милоддан аввалги 600-йилларда Тҳалес бу ҳодисани жонсиз нарсаларнинг руҳи борлигининг исботи сифатида тушунтирди^[8]. Бошқача қилиб айтадиган бўлсак, электр заряди ҳақида ҳеч қандай тушунча йўқ эди. Умуман олганда, қадимги юнонлар ушбу тўрт турдаги ҳодисалар ўртасидаги боғлиқликни тушунишмаган.

Электростатикада заряднинг роли

Электростатика деганда обектнинг электр заряди ва мувозанат ҳолатида бўлмаган иккита обект бирлаштирилганда тегишли электростатик заряд тушунилади. Электростатик разрядда эса икки обектнинг ҳар бирининг зарядида ўзгариш ҳосил бўлади.

Ишқаланиш орқали электрлаштириш

Шиша бўлаги ва мўйна парчаси (бирортаси ҳам электр хусусиятига эга бўлмаган) бир-бирига ишқаланса ва ишқаланган юзалар бир бирига тегиб турса улар электр хусусиятларини кўрсатмайди. Бироқ, бир-биридан ажралганда улар бир-бирларини ўзига тортадилар.

Иккинчи шиша бўлагини бошқа қатрон билан ишқалаб, сўнг уларни биринчи шиша ва қатрон бўлаклари ёнига осилса, қуйидаги ҳодисаларни келтириб чиқаради:

Икки шиша бўлаклари бир-бирини итаради.
Ҳар бир шиша бўлаги ҳар бир қатрон бўлагини ўзига тортади.
Икки бўлак қатронлар бир-бирини итаради.

Бу тортишиш ва итарилиш электр ҳодисасидир ва уларни кўрсатадиган жисмлар электрланган ёки электр зарядланган деб аталади. Жисмлар бошқа кўплаб усуллар билан, шунингдек ишқаланиш орқали ҳам электрлании мумкин. Икки шиша бўлакнинг электр хусусиятлари (заряд ишораси) бир хил ва қатронникига қарама-қаршидир: Шиша қатрон итарадиган нарсани ўзига тортади ва қатрон тортадиган нарсани итаради.

Электр токида заряднинг роли

Электр токи — бу жисмдан электр зарядининг оқишидир. Асосий заряд ташувчилар ролини мусбат зарядланган протон ва манфий зарядланган электронлар ўйнайди. Ушбу зарядланган зарраларнинг ҳар қайсисининг ҳаракати электр токини вужудга келтиради. Кўпгина ҳолларда, электр токи йўналиши бўйича ҳаракатланадиган мусбат зарядлар ёки тескари йўналишда ҳаракатланадиган манфий зарядлар томонидан олиб борилишидан қатъи назар, электр токи ҳақида гапириш кифоя. Ушбу макроскопик нуқтаи назар электромагнит тушунчалар ва ҳисобларни соддалаштирадиган тахминий кўринишдир.

Микроскопик нуқтаи назарда, электр токини ўтказишнинг кўплаб усуллари борлигини кўриш мумкин, жумладан: электронлар оқими; мусбат зарралар каби ҳаракат қиладиган электрон коваклар оқими; ва электролитик эритмада ёки плазмада қарама-қарши йўналишда оқадиган мусбат ва манфий зарралар (ионлар ёки бошқа зарядланган зарралар) оқими.

Эътиборли бўлиш керак бўлган жойи шундаки, металл симларнинг умумий ва муҳим ҳолатида электр токи йўналиши ҳақиқий заряд ташувчиларнинг (яъни электронлар) силжиш тезлигига қарама-қаршидир. Бу эса физикани янги ўрганувчилар учун чалкашлик бўлиши мумкин.

Электр зарядининг сақланиши

Изоляцияланган системанинг умумий электр заряди система ичидаги ўзгаришлардан қатъи назар, ўзгармас бўлиб қолади. Ушбу қонун физикага маълум бўлган барча жараёнларга хосдир ва тўлқин функсиясининг гауге инвариантлигидан локал шаклда олиниши мумкин. Заряднинг сақланиши заряд оқимининг узлуксизлик тенгламасига олиб келади. Умуман олганда, В интеграл ҳажмида заряд зичлиги ρ ўзгариш тезлиги ёпиқ сирт С = ∂ В орқали ток зичлиги Ж бўйича интеграл майдонга тенг бўлади, бу эса ўз навбатида аниқ оқим И га тенг:

Шундай қилиб, узлуксизлик тенгламаси билан ифодаланган электр зарядининг сақланиши қуйидаги натижани беради:

{\дисплайстйле И = -\фраc{\матҳрм{д}қ}{\матҳрм{д}т}.}

${\дисплайстйле т_\матҳрм{и}}$ ва ${\дисплайстйле т_\матҳрм{ф}}$ вақт оралиғида оқиб ўтган заряд миқдори тенгликнинг икки томонни интеграллаш орқали олинади:

{\дисплайстйле қ = \инт_{т_{\матҳрм{и}}}^{т_{\матҳрм{ф}}} И\, \матҳрм{д}т}

Бу ерда И — ёпиқ сиртдан ўтадиган ток кучи ва қ — сирт томонидан белгиланган ҳажмдаги электр заряди.

Олтин баргли электроскопдаги заряд баргларнинг бир-бирини ко'ринадиган тарзда қайтаришига олиб келади

Заряднинг мавжудлиги электростатик кучни келтириб чиқаради: зарядлар бир-бирига куч та'сир қилади, бу та'сир антик даврда тушунилмаган бо'лса ҳам ма'лум эди. юпқа ип билан осилган энгил то'пни мато билан ишқалаш орқали зарядланган шиша таёқ билан тегизиш орқали зарядлаш мумкин. Агар шунга о'хшаш то'п бир хил шиша таёқ билан зарядланган бо'лса, у биринчисини қайтаради: заряд иккита то'пни бир-биридан ажратиш учун ҳаракат қилади. Ишқаланган кеҳрибар таёқ билан зарядланган иккита то'п ҳам бир-бирини қайтаради. Бироқ, агар битта то'п шиша таёқ билан, иккинчиси эса кеҳрибар таёқ билан зарядланган бо'лса, иккита то'п бир-бирини о'зига жалб қилади. Ушбу ҳодисалар ХВИИИ аср охирида Чарлз-Августин де Кулон томонидан текширилиб, заряд икки қарама-қарши шаклда намоён бо'лишини аниқлади. Ушбу кашфиёт таниқли аксиомага олиб келди: худди зарядланган нарсалар қайтаради ва қарама-қарши зарядланган нарсалар о'зига жалб қилади.

Куч зарядланган заррачаларнинг о'зига та'сир қилади, шунинг учун заряд о'зини о'тказувчи сирт устида иложи борича тенг равишда тарқалиш тенденциясига эга. Электромагнит кучнинг катталиги, жозибали ёки жирканч бо'лсин, томонидан берилган Кулон қонуни, бу кучни зарядларнинг ҳосиласи билан бог'лайди ва улар орасидаги масофага тескари квадрат муносабатга эга. электромагнит куч жуда кучли, кучли та'сир о'тказиш учун куч жиҳатидан иккинчи о'ринда туради, аммо бу кучдан фарқли о'лароқ у барча масофаларда ишлайди. жуда заиф тортишиш кучи билан таққослаганда, иккита электронни бир-биридан итарадиган электромагнит куч уларни тортишиш кучидан 10 42 баравар ко'п.

Заряд субатомик заррачаларнинг айрим турларидан келиб чиқади, уларнинг энг таниш ташувчилари электрон ва протондир. Электр заряди табиатнинг то'ртта асосий кучларидан бири бо'лган электромагнит кучни келтириб чиқаради ва улар билан о'заро та'сир қилади. Тажриба шуни ко'рсатдики, заряд сақланиб қолган миқдор, я'ни электр изоляция қилинган тизим ичидаги соф заряд ушбу тизим ичидаги ҳар қандай о'згаришлардан қат'и назар, доимо доимий бо'либ қолади. тизим ичида заряд жисмлар о'ртасида то'г'ридан-то'г'ри алоқа қилиш ёки сим каби о'тказувчи материал бо'йлаб о'тиш орқали о'тказилиши мумкин. норасмий атама статик электр танадаги заряднинг аниқ мавжудлигини (ёки 'номутаносиблик') англатади, одатда бир-бирига о'хшамайдиган материаллар ишқаланганда, зарядни биридан иккинчисига о'тказишда сабаб бо'лади.

Заряд радиация та'сири

Радиация нурланишининг модда билан о'заро та'сири мураккаб ҳодисадир. Ушбу жараённинг икки босқичини ко'риб чиқиш одатий ҳолдир: бирламчи ва иккиламчи. Бирламчи ёки то'г'ридан-то'г'ри та'сирлар электронларнинг силжиши (ионланиш), атомларнинг панжара тугунларидан силжиши, атомлар ёки электронларнинг силжишсиз қо'зг'алиши ва атомларнинг то'г'ридан-то'г'ри о'заро та'сири туфайли ядро трансформацияларидан иборат.зарралар оқими билан моддалар (мақсад). Иккиламчи та'сирлар электронларни ва атомларни уриб туширишнинг кейинги қо'зг'алиши ва тузилишини бузишдан иборат. Электрон-тешик жуфтлари ҳосил бо'лиши билан электронларнинг қо'зг'алиши ва кристалл атомларининг панжара тугунларидан силжиши жараёнлари энг катта э'тиборга лойиқдир, чунки бу кристалл тузилишдаги нуқсонларнинг пайдо бо'лишига олиб келади. Агар электрон-тешик жуфтлари фазовий заряд соҳасида ҳосил бо'лса, бу яримо'тказгич структурасининг қарама-қарши контактларида оқим пайдо бо'лишига олиб келади. Ушбу эффект узоқ умр ко'радиган (о'нлаб йиллар) беттаволтаик қувват манбаларини яратиш учун ишлатилади. Зарядланган заррачаларнинг катта энергия билан нурланиши ҳар доим бирламчи ионланишга ва шароитга қараб атомларнинг бирламчи силжишига олиб келади. Юқори энергияни панжара электронларига о'тказишда Делта нурланиши, ион ё'лидан тарқаладиган юқори энергияли электронлар, шунингдек фотонлар ва рентген квантлари ҳосил бо'лади. Кичик энергияларнинг кристалл панжарасининг атомларига о'тказилганда, электронлар қо'зг'алиши ва уларнинг юқори энергия зонасига о'тиши содир бо'лади, бунда электронлар турли энергияларнинг фотонлари ва фононларини (иситиш) чиқариш орқали энергияни термолизлайди. Электронлар ва фотонларнинг тарқалишининг энг кенг тарқалган та'сири Комптон эффектидир.

Комптон эффекти (Комптон эффекти, Комптон тарқалиши) фотоннинг зарядланган заррача, одатда электрон билан эластик тарқалиши, кашфиётчи Артур Холли Комптон шарафига номланган. Агар тарқалиш энергиянинг пасайишига олиб келадиган бо'лса, чунки фотон энергиясининг бир қисми фотоннинг то'лқин узунлигининг ошишига (рентген ёки гамма фотон бо'лиши мумкин) мос келадиган акс эттирувчи электронга о'тказилади, бу жараён Комптон эффекти деб аталади. Тескари Комптон тарқалиши зарядланган заррача фотонга энергиясининг бир қисмини узатганда содир бо'лади, бу ёруг'лик квантининг то'лқин узунлигининг қисқаришига то'г'ри келади.

Яна қаранг

Маълумотномалар

↑ Чабай, Рутҳ. Маттер анд интераcтионс, 4тҳ, Wилей, 2015 — 867-бет.
↑ Чабай, Рутҳ. Маттер анд интераcтионс, 4тҳ, Wилей, 2015 — 673-бет.
↑ Чабай, Рутҳ. Маттер анд интераcтионс, 4тҳ, Wилей, 2015 — 942-бет.
↑ „Қуантум элеcтродйнамиcс“, А Диcтионарй оф Пҳйсиcс, 8тҳ Ренниэ: , Охфорд Университй Пресс, 2019. ИСБН 9780198821472.
↑ ^5,0 ^5,1 „CИПМ, 1946: Ресолутион 2“. БИПМ. 2018-йил 10-октябрда асл нусхадан архивланган. Қаралди: 2022-йил 28-июл.
↑ Роллер, Дуане. Тҳе девелопмент оф тҳе cонcепт оф элеcтриc чарге: Элеcтриcитй фром тҳе Греэкс то Cоуломб. Cамбридге, МА: Ҳарвард Университй Пресс, 1954 — 1-бет.
↑ О'Градй, Патриcиа Ф.. Тҳалес оф Милетус: Тҳе Бегиннингс оф Wестерн Сcиэнcе анд Пҳилосопҳй. Ашгате, 2002 — 8-бет. ИСБН 978-1351895378.
↑ ^8,0 ^8,1 „Ливес оф тҳе Эминент Пҳилосопҳерс бй Диогенес Лаëртиус, Боок 1, §24“.

Ҳаволалар

Заряд қанчалик тез ҳаракатланади?

[1] Чабай, Рутҳ. Маттер анд интераcтионс, 4тҳ, Wилей, 2015 — 867-бет.

[2] Чабай, Рутҳ. Маттер анд интераcтионс, 4тҳ, Wилей, 2015 — 673-бет.

[3] Чабай, Рутҳ. Маттер анд интераcтионс, 4тҳ, Wилей, 2015 — 942-бет.

[4] „Қуантум элеcтродйнамиcс“, А Диcтионарй оф Пҳйсиcс, 8тҳ Ренниэ: , Охфорд Университй Пресс, 2019. ИСБН 9780198821472.

[CIPM1946-5] 5,0 ^5,1 „CИПМ, 1946: Ресолутион 2“. БИПМ. 2018-йил 10-октябрда асл нусхадан архивланган. Қаралди: 2022-йил 28-июл.

[6] Роллер, Дуане. Тҳе девелопмент оф тҳе cонcепт оф элеcтриc чарге: Элеcтриcитй фром тҳе Греэкс то Cоуломб. Cамбридге, МА: Ҳарвард Университй Пресс, 1954 — 1-бет.

[7] О'Градй, Патриcиа Ф.. Тҳалес оф Милетус: Тҳе Бегиннингс оф Wестерн Сcиэнcе анд Пҳилосопҳй. Ашгате, 2002 — 8-бет. ИСБН 978-1351895378.

[DL-8] 8,0 ^8,1 „Ливес оф тҳе Эминент Пҳилосопҳерс бй Диогенес Лаëртиус, Боок 1, §24“.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]