Zaryadning saqlanish qonuni. Nuqtaviy zaryad maydoni. Elektr maydon kuchlanganligining superpozitsiya prinspi. Inovatsion texnogoliyalardan foydalanish ”

Elektr zaryadining saqlanish qonuni (1) yopiq sistema uchun, ya’ni tashqaridan zarralar kirmaydigan va tashqariga bunday zarrachalar chiqarmaydigan sistema uchun o’rinli.Elektrostatikaning asosiy qonuni zaryadlangan ikkita qo’zg’almas nuqtaviy jism yoki zarra orasidagi ta’sir qonunidir. Uni 1785 yilda Kulon tajriba orqali aniqlagan.
Ikkita nuqtaviy zaryadning o’zaro ta’sir kuchi har bir zaryad kattaligiga to’g’ri va zaryadlar o’rtasidagi masofaning kvadratiga teskari proporsionaldir. Kuchning yo’nalishi zaryadlar orqali o’tgan to’g’ri chiziq bilan ustma -ust tushadi. Vektor ko’rinishda Kulon qonuni shunday yoziladi.(1-rasm)
.
Bu yerda k -proporsionnallik koeffitsienti bo’lib, uning qiymati
XBS da k 9*10⁹ *N*m²/Kl², bu yerda - elektr doimiysi deb ataladi.(2-rasm)
8.85*10^-12 Kl² /N*m².
Elektrlangan jism atrofida fazoda elektr maydon mavjud bo`ladi. Elektr maydon materiyaning moddadan farqli bo`lgan bir turidir. Elektr maydonga kiritilgan zaryadga shu elektr maydon tomonidan ta`sir etuvchi kuch elektr kuchi deb ataladi, Elektr maydonning asosiy xossalari elektr zaryadiga bu maydonning biror kuch bilan ta`sir qilishidir. Zaryadga ko`rsatilgan ta`sirga qarab maydonning borligini, uning fazodagi taqsimoti aniqlanadi. Qo`zg`almas zaryadning elektr maydoni elektrostatik maydon deb ataladi. Elektrostatik maydonni faqat elektr zaryadlari hosil qiladi.
Maydonning tayinli bir nuqtasiga qo`yilgan zaryadga ta`sir etuvchi kuchning bu zaryadga nisbati maydonning har bir nuqtasida zaryadga bog`liq emas va maydon xarakteristikasi deb hisoblanishi mumkin. Bu xarakteristika maydon kuchlanganligi deyiladi. (3-rasm)
.
Maydon kuchlanganligi nuqtaviy zaryadga maydon tomonidan ta`sir qiladigan kuchning shu zaryadga nisbatiga tengdir. vektorning yo’nalishi musbat zaryadga ta’sir etadigan kuch yo’nalishi bilan bir xil bo’lib, manfiy zaryadga ta’sir etadigan kuchga qarama- qarshidir.
Elektrostatik maydonni hosil qiluvchi q nuqtaviy zaryad bilan q₀ sinov zaryadi orasidagi Kulon ta’sir kuchini hisobga olsak, (4-rasm) quyidagi ko’rinishga ega bo’ladi:


.

Nuqtaviy zaryad maydonining zaryaldan r masofadagi kuchlanganlik moduli.(5-rasm)

.


Agar q>0 bo`lsa, maydonning har qanday nuqtadagi kuchlanganlik vektori shu nuqtani zaryad bilan tutashtiruvchi to`g`ri chiziqda zaryaddan chiqadigan yo’nalishda bo`ladi. Agar q<0 bo`lsa, kuchlanganlik vektori bu nuqtani zaryad bilan tutashtiruvchi to`g`ri chiziqda zaryadga kiradigan yo’nalishda bo’ladi.
Elektr maydonning kuchlanganliklari geometrik ravishda qo’shiladi. Maydonlar superpozitsiya prinsipining ta’rifi: Agar har xil zaryadli zarralar fazoning ma’lum bir nuqtasida kuchlanganliklari E_l, ye2, ..., ye_p bo’lgan maydonlar hosil qilsa, maydonning bu nuqtadagi natijaviy kuchlanganligi quyidagiga teng bo’ladi. (6-rasm)


E E₁ E₂ ...+E_n .
1.3 Elektr zaryadining saqlanish qonunini shakllantirish


Mutlaqo hamma energiya saqlanish qonuni kabi narsani biladi. Energiya yo'qdan paydo bo'lmaydi va hech qayerga yo'qolmaydi. U faqat bir shakldan ikkinchisiga o'zgaradi.
Bu koinotning asosiy qonunidir. Aynan shu qonun tufayli Olam barqaror va uzoq vaqt mavjud bo'lishi mumkin.
Shunga o'xshash yana bir qonun mavjud bo'lib, u ham asosiy qonunlardan biridir. Bu elektr zaryadining saqlanish qonunidir.
Tinch va elektr neytral jismlarda qarama-qarshi belgilardagi zaryadlar kattaliklari bo'yicha teng bo'ladi va o'zaro bir-birini to'ldiradi. Ba'zi jismlarni boshqalar tomonidan elektrlashtirilganda, zaryadlar bir jismdan ikkinchisiga o'tadi, lekin ularning umumiy zaryadi bir xil bo'lib qoladi.
Jismlarning izolyatsiyalangan sistemasida umumiy umumiy zaryad har doim qandaydir doimiy qiymatga teng bo'ladi: q_1+q_2+⋯+q_n=const, bunda q_1, q_2, …, q_n - sistemaga kiritilgan jismlar yoki zarrachalarning zaryadlari.
Zarrachalarning o'zgarishi haqida savollar tug'ilishi mumkin bo'lgan bir nuqta bor. Darhaqiqat, zarralar tug'ilishi va yo'q bo'lib ketishi mumkin, shu bilan birga boshqa zarralar, radiatsiya yoki energiyaga o'tadi.
Bunday holda, bunday jarayonlar neytral va zaryadli zarralar bilan ham sodir bo'lishi mumkin. Bu holatda zaryadning saqlanish qonuni bilan qanday bo'lish kerak?
Ma'lum bo'lishicha, zarrachalarning tug'ilishi va yo'qolishi faqat juftlikda sodir bo'lishi mumkin. Ya'ni, zarralar bir vaqtning o'zida ham ijobiy, ham manfiy zarrachalar yo'q bo'lib ketganda, boshqa turdagi mavjudotga, masalan, nurlanishga faqat juft bo'lib o'tadi.
Bunday holda, nurlanishning ma'lum bir turi va ma'lum bir energiya paydo bo'ladi. Qarama-qarshi holatda, zaryadlangan zarralar ba'zi nurlanish va energiya sarfi ta'sirida tug'ilganda, ular ham faqat juft bo'lib tug'iladi: ijobiy va salbiy.
Shunga ko'ra, yangi paydo bo'lgan juft zarralarning umumiy zaryadi bo'ladi nol zaryadning saqlanish qonuni bajariladi.

Har qanday yopiq tizimda, bu tizimda qanday jarayonlar sodir bo'lishidan qat'i nazar, zaryadlarning algebraik yig'indisi doimiy qiymatdir.

bu erda N - to'lovlar soni.
Elektr zaryadi nisbiy o'zgarmas miqdor bo'lib, bu zaryadning sanoq tizimiga bog'liq emasligini bildiradi, ya'ni zaryadning kattaligi zaryadning harakatiga yoki qolgan qismiga bog'liq emas.
Empirik (R.Milliken tajribalari) elektr zaryadining diskret kattalik ekanligi isbotlangan. Har qanday jismning zaryadi elektron zaryadining ko'paytmasi bo'lib, u elementar zaryad deb ataladi. Tabiatdagi jismlar elektr zaryadini olishlari mumkin. Elektr zaryadini olish jarayoni elektrifikatsiya deb ataladi. Elektrlashtirishni amalga oshirish mumkin turli yo'llar bilan ishqalanish, elektrostatik induksiyadan foydalanish va h.k. Biroq, tanada zaryad olishning har qanday jarayoni zaryadlarni ajratishdir. Bunday holda, bir tana yoki uning bir qismi ortiqcha musbat zaryad oladi, boshqa tana (uning bir qismi) ortiqcha manfiy zaryadga ega. Jismlarda mavjud bo'lgan ikkala belgining zaryadlari yig'indisi o'zgarmaydi, zaryadlar faqat qayta taqsimlanishni boshdan kechiradi.
Zaryadlangan o'tkazgich zaryadsizga ulanganda, zaryad ikkala jism o'rtasida qayta taqsimlanadi. Aytaylik, bitta jism manfiy zaryadga ega, u zaryadsiz jismga ulangan. Zaryadlangan jismning elektronlari o'zaro itarish kuchlari ta'sirida zaryadsiz jismga o'tadi. Bunda muvozanatga erishilgunga qadar birinchi jismning zaryadi kamayadi, ikkinchisining zaryadi ortadi.

Agar musbat va manfiy zaryadlar ulangan bo'lsa, ular bir-birini yo'q qiladi. Bu shuni anglatadiki, bir xil kattalikdagi manfiy va musbat zaryadlarni birlashtirib, biz zaryadsiz tanani olamiz.

Jismlarni elektrlashtirganda, ishqalanishdan foydalangan holda, zaryadlarning qayta taqsimlanishi ham sodir bo'ladi. Buning asosiy sababi - jismlarning bir tanadan ikkinchisiga yaqin aloqasi paytida elektronlarning bir qismini o'tkazish.
Elektrostatik maydonni aniqlash va eksperimental o'rganish uchun ishlatiladi test nuqtasi ijobiy zaryad - o'z ta'siri bilan o'rganilayotgan maydonni buzmaydigan bunday zaryad (maydon hosil qiluvchi zaryadlarning qayta taqsimlanishiga olib kelmaydi). Agar zaryad tomonidan yaratilgan maydonda bo'lsa Q, sinov to'lovini joylashtiring Q oh, unga ta'sir qiluvchi kuch bor F, ichida farq qiladi turli nuqtalar Kulon qonuniga ko'ra, sinov zaryadiga mutanosib bo'lgan maydon Q haqida. Shuning uchun F/ nisbati Q o sinov zaryadiga bog'liq emas va sinov zaryadi joylashgan nuqtadagi elektr maydonini xarakterlaydi. Bu qiymat elektrostatik maydonning quvvat xarakteristikasi bo'lib, deyiladi kuchlanish.
Berilgan nuqtadagi elektrostatik maydonning kuchi jismoniy miqdor, maydonning ushbu nuqtasida joylashtirilgan birlik musbat zaryadga ta'sir qiluvchi kuch bilan aniqlanadi: E =F /Q o.
vektor yo'nalishi E musbat zaryadga ta'sir etuvchi kuchning yo'nalishiga to'g'ri keladi. Elektrostatik maydon kuchining birligi nyutonga teng (N/C): 1 N/C - 1 N kuch bilan 1 C nuqtaviy zaryadga ta'sir qiluvchi shunday maydonning intensivligi. 1 N/C = 1 V / m, bu erda V (volt) - elektrostatik maydonning potentsial birligi (84 ga qarang).
Nuqtaviy zaryadning maydon kuchi (e = 1 uchun) (1.3. 1-rasm)



yoki skalyar shaklda
Vektor E barcha nuqtalarda maydon musbat bo'lsa zaryaddan radial uzoqqa, manfiy bo'lsa zaryadga radial yo'naltiriladi.
Grafik jihatdan elektrostatik maydon kuchlanish chiziqlari yordamida tasvirlangan ( kuch chiziqlari), ular fazoning har bir nuqtasida ularga tegishlar maydonning berilgan nuqtasidagi intensivlik vektoriga to'g'ri kelishi uchun amalga oshiriladi. Kosmosning istalgan nuqtasida kuchlanish vektori faqat bitta yo'nalishga ega bo'lganligi sababli, kuchlanish chiziqlari hech qachon kesishmaydi. Uchun yagona maydon (har qanday nuqtadagi kuchlanish vektori kattaligi va yo'nalishi bo'yicha doimiy bo'lganda) kuchlanish chiziqlari kuchlanish vektoriga parallel. Agar maydon nuqtaviy zaryad tomonidan yaratilgan bo'lsa, u holda kuchlanish chiziqlari, agar u musbat bo'lsa, zaryaddan chiqadigan va manfiy bo'lsa, unga kiruvchi radial to'g'ri chiziqlardir. Katta ko'rinish tufayli grafik usul vakillik elektr maydoni elektrotexnika sohasida keng qo'llaniladi.
Kesish chiziqlari yordamida elektrostatik maydon kuchining nafaqat yo'nalishini, balki kattaligini ham tavsiflash uchun biz ularni ma'lum bir zichlik bilan chizishga kelishib oldik: birlik yuzasiga perpendikulyar bo'lgan kuchlanish chiziqlari soni. kuchlanish chiziqlari vektor moduliga teng bo'lishi kerak E . Keyin elementar maydonga kiradigan kuchlanish chiziqlari soni d S, vektor bilan a burchak hosil qiluvchi normal E, Edga teng S chunki a. Qiymat dF E = E d S chaqirdi kuchlanish vektor oqimi maydon orqali d S. Bu erda d S =d Sn moduli d ga teng vektordir S, va yo'nalish odatdagiga to'g'ri keladi n saytga. Vektor yo'nalishini tanlash n(va shuning uchun d S ) shartli, chunki u har qanday tomonga yo'naltirilishi mumkin.
O'zboshimchalik bilan yopiq sirt uchun S oqim vektori E bu sirt orqali (2-rasm)



bu yerda integral yopiq sirt ustida olinadi S. Vektor oqimi E algebraik miqdordir: u faqat maydonning konfiguratsiyasiga bog'liq emas E , balki yo'nalishni tanlash bo'yicha ham n. Yopiq yuzalar uchun tashqi normal normalning ijobiy yo'nalishi sifatida qabul qilinadi, ya'ni. sirt bilan qoplangan maydondan tashqariga normal ishora.
Fizikaning rivojlanish tarixida ikkita nazariya o'rtasida kurash bo'lgan - uzoq masofali Va qisqa masofa. Uzoq masofa nazariyasida shunday deb taxmin qilinadi elektr hodisalari har qanday masofadagi zaryadlarning bir lahzali o'zaro ta'siri bilan aniqlanadi. Qisqa masofali ta'sir nazariyasiga ko'ra, barcha elektr hodisalari zaryadlar maydonlarining o'zgarishi bilan belgilanadi.