11-mavzu: Elektrostatik maydon va uning xususiyatlari

Elektr zaryadi. Elektrostatik o‘zaro ta’sirni tajribada o‘rganish shunday xulosaga olib keladiki, elektrlangan jismni skalyar fizik kattalik - elektr zaryadi bilan xarakterlash mumkindir.
Elektr zaryadini aniqlash uchun quyidagicha tajriba qilamiz. Elektrostatik maydonning qandaydir nuqtasiga navbat bilan turli xil zaryadlangan jismlarni joylashtiramiz va unga maydon tomonidan ta’sir qilgan kuchlarni aniqlaymiz. Agar maydonni hosil qiluvchi va unga kiritilgan jismlarning o‘lchami ular orasidagi masofaga nisbatan kichik bo‘lsa, tajriba ko‘rsatadiki, o‘zaro ta’sir kuchlar bitta to‘g‘ri chiziq bo‘ylab ta’sir qiladi, lekin bu ta’sir ba’zi bir jismlar bilan bir yo‘nalishda, boshqalari bilan esa qarama-qarshi yo‘nalishda bo‘ladi. SHunga asosan, barcha zaryadlangan jismlar ikkiga bo‘linadi va qarama-qarshi ishorali zaryadlar bilan xarakterlanadi, ularning absolyut miqdorlari va ga teng deb olinadi. SHu jismlarga ta’sir qiluvchi kuchlar kattaliklarining va nisbatlari ularning zaryadlari va nisbatida bo‘ladi, ya’ni quyidagi ko‘rinishda ifodalanadi:
. (2.1)
Agar birinchi jismning zaryadini q bilan, ikkinchi zaryadni o‘lchash birligiga qabul qilsak, u (2.1) ga asosan quyidagiga ega bo‘lamiz:
 =(1 zaryad birligi) =1 z.b. (2.2)
SHunday qilib, zaryadning absolyut miqdori son jihatidan shu zaryadga va birlik zaryadga navbatma-navbat maydonning shu nuqtasiga joylapshtirilgan zaryadga ta’sir qiluvchi kuchlar nisbatiga teng bo‘ladi. SI sistemasida elektr o‘lchov birligi sifatida tok kuchi kuch birligi — 1 Amper bo‘lganligi uchun — 1 Kulon o‘tkazgich ko‘ndalang kesimidan 1 sekundda o‘tgan 1 Amper tok kuchiga mos keladi.
1 Kulon=310⁹ SGSE_q =6,3*10¹⁸ ta elektron (yoki proton) zaryadi bor.
Hozirgi vaqtda ma’lumki, jismning zaryadi atom tarkibiga kiruvchi elementar zarrachalarning elektr zaryadining borligi bilan aniqlanadi. (Musbat zaryadlangan protonlar va manfiy zaryadlangan elektronlar). Bu va boshqa zaryadlangan elementar zarrachalar elementar elektr zaryadiga ega bo‘ladi, uning absolyut miqdori
=1.602.10^-19 Kl (2.3)
bu esa bitta elektronning zaryadidir va 1,6*10^-19 Kl bo‘lgan zaryadning eng mayda bo‘lakchasidir yoki elektr zaryadining tabiiy o‘lchovidir. (Keyingi vaqtda kvarklar nazariyasi yana mayda zaryad borligini isbotlamoqda, bu haqda biz to‘xtab o‘tirmaymiz).
Jismning to‘la zaryadi
, (2.4)
bu erda - protonlar soni, - elektronlar soni.
Protonlar soni elektronlar soniga teng bo‘lganda =0; elektronlar soni kam bo‘lganda ( < ) jism musbat zaryadlanadi, ziyod blganda ( > )- manfiy zaryadlanadi.
SHunday qilib jism zaryadi hamma vaqt elementar zaryad kattaligiga nisbatan butun yoki diskretdir.
Makroskopik jismlarning elektr xossasini o‘rganishda, zaryadning bu jismlarda taqsimlanishini uzluksiz deb qarash mumkin.
Elektron manfiy, yadro esa musbat zaryadlidir. Amerika olimi R.Milliken va rus olimi A.F.Ioffe elektronni manfiy zaryadli ekanligini va uning zaryad miqdori =-1,6∙10^-19 Kl, massasi esa =9,11∙10^-31 kg ga tengligini tajribada isbotlaganlar. Keyinchalik yadro tarkibiga kiruvchi protonning zaryadi ham elektronning zaryadiga miqdoran teng, ammo ishorasi musbat =+1,6∙10^-19 Kl va massasi esa =1,67∙10^-27 kg ekanligi va tabiatda faqat ikki turdagi, ya’ni manfiy va musbat zaryadlar mavjudligi isbotlangan. SHu zaryadlardan biri ortiq yoki kam bo‘lsa jism zaryadlanib qoladi. Fizika fani taraqqiyotining hozirgi kun bosqichida elektron va protonlarning zaryadi eng kichik elementar zaryad bo‘lib, har qanday zaryadlangan jismning zaryadi elektron yoki protonning zaryadiga karrali bo‘ladi, ya’ni kvantlangan bo‘ladi. Demak, jismlarning zaryadi faqat 0, e, 2e, 3e, . . ., Ne qiymatlarga ega bo‘ladi, ya’ni
(1.1)
Bir xil ishorali zaryadlangan jismlar bir-birlaridan qochishadi, turli ishoralilari esa bir-birlari bilan tortishadi.
Tajriba hulosalarini umumlashtirish natijasida M.Faradey (1791-1867) tabiatning fundamental qonuni - zaryadlarning saqlanish qonunini kashf etdi. Unga muvofiq yakkalangan sistemada elektr zaryadlarining algebraik yig‘indisi o‘zgarmaydi,
(1.2)
Zaryad miqdori turli inersial sanoq sistemalarida o‘lchanganda ularning qiymatlari o‘zgarmasligi isbotlangan. Demak, elektr zaryadi relyativistik invariantdir degan xulosaga kelamiz, ya’ni zar-yad miqdori uning harakat tezligiga bog‘liq emas. Elektr zaryadi yo‘qolishi ham, yangidan hosil bo‘lishi ham mumkin. Ammo doimo qarama-qarshi ishorali ikkita elementar zaryad yo‘qoladi yoki hosil bo‘ladi.
Elektron zaryadini aniqlashning bundan boshqa metodlari ham bor. Barcha eksperimental ma’lumotlarni solishtirish asosida hozirgi vaqtda elektron zaryadining eng aniq qiymati
=1,6021892∙10^-19 Kl
ga teng deb olinadi.