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

Jismlarning o'zaro ta'siri bir xil yoki ayblovlarga ega bo'lish turli belgilar quyidagi tajribalarda ko’rsatish mumkin. Biz ebonit tayoqchasini mo'ynaga ishqalab elektrlashtiramiz va uni ipak ipga osilgan metall gilzaga tegizamiz. Yeng va ebonit tayoqchasida bir xil belgidagi zaryadlar (salbiy zaryadlar) taqsimlanadi. Zaryadlangan gilzaga manfiy zaryadlangan ebonit tayoqcha yaqinlashganda, gilzaning tayoqchadan qaytarilishini ko'rish mumkin. Jismlarning bir xil belgili zaryadli o'zaro ta'siri.
Agar hozir zaryadlangan yengga ipak ustiga ishqalangan (musbat zaryadlangan) shisha tayoqchani olib kelsak, u holda yeng unga tortiladi
(3-rasm).




II-Bob Nuqtaviy zaryad maydon. Elektrodinamika

1. 
   Kulon qonuni
   

Faradey ta’limotining davomchisi Maksvell elektrning atom tuzilishi tushunchasiga juda yaqin keldi. Keyinchalik elektron va protonni kashf etilishi fiziklarga elektr va magnit hodisalarining manbai zaryadlar ekanligi masalasini hal qilib berdi. Ana shu ma’lumotlardan so’ng:

1. 
   Elektr zaryadi haqiqatdan mavjudligini;
   
2. 
   Elektr zaryadlarining bo’linishini;
   
3. 
   Elektr zaryadi ikki hil bo’linishini;
   
4. 
   Hamma jismlarda elektr zaryadining bo’linishini;
   
5. 
   Elektr zaryadlarini har hil usullar bilan bo’linishini ko’rsatishimiz kerak. Jismlar elektrlanishi va elektrlangan jismlarning bir-biriga ta’sirini quyidagi tajribalar orqali ko’rsatamiz:
   

Uzunligi 1 m chamasi bo’lgan po’lat yoki yog’och chizg’ichning o’rtasidan taglikka o’rnatilgan lampochka ustiga qo’yib muvozanatga keltiramiz . Unga avval 50-60 sm uzunlikdagi shisha tayoqchani to’g’ridan – to’g’ri yaqinlashtiramiz. So’ngra shisha tayoqchani gazetaga ishqalab chizg’ichga yaqinlashtiramiz. Ikkala holni kuzatib hodisa sabablarini talabalardan so’raladi. Tajriba natijalari umumlashtiriladi.
Talabalarga elektrlangan jismga nafaqat qattiq jismlar balki suyuqliklar va gazlar ham tortilishini aytamiz va quyidagi tajribani ko’rsatamiz:
Jo’mrakli idishga suv solib shtativga o’rnatamiz. Hamda jo’mrakni sekin ochib suv oqimini hosil qilamiz. Suv oqimiga zaryadlangan shisha yoki kauchuk tayoqchani yaqinlashtiramiz. U holda suv oqimi tayoqchaga tomon tortilayotganligining guvohi bo’lamiz.
Paxtadan ozgina bo’lak uzib olib tepaga otib uchiramiz va unga qog’ozga ishqalab zaryadlangan shisha tayoqchani yaqinlashtirsak, avval paxta bo’lagi shishaga tortiladi va o’ziga shishadagi ortiqcha zaryadning bir qismini oladi. Natijada shisha bilan bir xil ishorali ortiqcha zaryad bilan zaryadlanib qoladi. SHuning uchun shisha tayoqcha bilan bir xil ishorali zaryad bilan zaryadlangan paxta parchasi qocha boshlaydi (73-rasm).
Ana shu tajribalar orqali jismlarning elektrlanishi tushuntiriladi. SHundan so’ng ikki hil musbat va manfiy elektr zaryad mavjudligi, har hil ishorali elektr zaryadlar bir-birini tortishi aytiladi va tajribalar ko’rsatiladi. SHu yerda zaryad faqat o’tkazgich sirtida taqsimlanishini aytib o’tish kerak. Keyingi darsda elektr zaryadning saqlanish qonuni ya’ni yopiq sistemada barcha zarralar zaryadlarining algebraik yig’indisi o’zgarmay qolaverishi haqida ma’lumot beramiz. q₁ q₂ ... q_n const
Ana shundan keyin zaryadlangan jismlarning o’zaro ta’sir kuchini birinchi marta 1785 yilda fransuz fizigi Kulon aniqlaganligi va uni o’tkazgan tajribasi tushuntiriladi.


KULON QONUNI -bir-biridan maʼlum masofada joylashgan ikkita nuqtaviy elektr zaryadning o’zaro ta’siri kuchini ifodalaydigan elektrostatikaning asosiy qonuni. Sh. Kulon 1785-y. da kashf qilgan. Nuqtaviy elektr zaryad deb, oʻlchamlari oʻzaro taʼsiri oʻrganilayotgan jismlar orasidagi ma-sofaga nisbatan juda kichik boʻlgan jismdagi zaryadga aytiladi. Qonuni qu-yidagicha taʼriflanadi: vakuumda joylashgan qoʻzgʻalmas masofa g ning kvadratiga teskari pro-porsioval: bunda k — proporsiovallik koeffitsiyenti. Xalqaro birliklar tizimi SI da k = – щg bunda ye0—elektr doimiyKulon tarozi si; SGS tizimda k=\; Gʻ kuch — zaryadlarni tutashtiruvchi toʻgʻri chiziq boʻyicha yoʻvalgan vektor kattalik. Agar oʻzaro taʼsirlashayotgan ikkita nuqtaviy elektr zaryadlar dielektrik kirituv-chanligi ye ga teng bir jinsli dielek-trikda joylashgan boʻlsa, ularning oʻzaro taʼsir kuchi ye marta kamayadi: Bir jinsli zaryadlar uchun Gʻ<0 (zaryadlar bir-biridan itarishishadi), turli jinsli zaryadlar uchun K>0 (zaryadlar bir-biriga tortishishadi).
Kulon Qonuni, shuningdek, ikkita magnit qutblarining oʻzaro taʼsirini ifodalaydigan qonun, deb ham hisoblanadi: bunda t( va t2 magnit zaryadlar, s muhitning magnit kirituvchanligi, / propo rsiovallik koeffitsiyenti SGS tizimda 1 ga teng.
Kulon qonunini oddiy matematik ifoda sifatida ifodalash mumkin. Skalyar qiymat ikki nuqtaviy zaryadlar q₁ va q₂ orasidagi elektrostatik kuch F vektorining modulini beradi, lekin uning yoʻnalishi koʻrsatmaydi. Agar r zaryadlar orasidagi masofa boʻlsa, kuchning moduli
k_e koeffitsient Kulon doimiysi deb ataladi va u 1/4πε₀ ga teng. Bu yerda ε₀ elektr doimiysi; k_e = 8.988×10⁹ N⋅m²⋅C⁻². Agar q₁q₂ koʻpaytma musbat boʻlsa, ikki zaryad oʻrtasidagi kuch itaruvchi; agar koʻpaytma manfiy boʻlsa, ular orasidagi kuch tortishuvchi kuch boʻladi.
Nuqtaviy zaryad deb, shunday zaryadlangan jismga aytiladiki, uning o‘lchamlari boshqa zaryadlangan jismlargacha bo‘lgan masofaga nisbatan sezilarli darajada kichik bo’lishi kerak.
Kulon burama tarozi orqali nuqtaviy zaryadlar orasidagi ozaro ta’sir kuchini, ularning zaryadlari miqdori va oralaridagi masofaga bog’liqligini o’rgandi va quyidagi xulosaga keldi: ikkita qo’zg’almas nuqtaviy zaryadlar orasidagi o’zaro ta’sir kuchi zaryadlarning har birining miqdorlari ko’paytmasiga togri proporsional va ular orasidagi masofaning kvadratiga teskari proporsionaldir.
_{Kuchning yo}’nalishi zaryadlarni tutashtiruvchi to’g’ri chiziq bo’ylab yo’nalgandir (2.1. 1-rasm)

,

bu yerda k proporsionallik koeffitsiyenti, q₁ va q₂ ta’sir qiluvchi zaryadlar miqdori; r zaryadlar orasidagi masofa; q₁ zaryaddan q₂ zaryadga yo’nalgan birlik vektor; q₁ zaryadga ta’sir etuvchi kuchdir.

2.1. (1-rasm) . Qo’zg’almas nuqtaviy zaryadga ta’sir etuvchi kuch.


birlik vektor bilan o’zaro ta’sir kuchning yo’nalishini belgilasak, – kuch kuchdan yo’nalishi va ishorasi bilan farq qiladi:
, (1)


va kuchlarning moduli bir-biriga tengdir:


. (2)

Ikkita zaryadlar orasidagi o’zaro ta’sir kuchi, ular yaqiniga boshqa zaryadlar yaqinlashtirilsa, o’zgarmaydi.

Agar q_a zaryad atrofida q₁, q₂, q_n zaryadlar to’plami bo’lsa, natijaviy kuch quyidagiga teng bo’ladi:
(3)

Kulon qonunida k proporsionallik koeffitsiyentining son qiymatini xohlagancha tanlab, unga istalgan birlikni berish mumkin, ammo amalda eng qulay bo’lgan birliklar tizimi ishlatiladi.

Elektrostatikada qulay birliklardan biri absolyut yoki Gauss birliklar tizimidir. Bu SGS birliklar tizimi bilan elektr birliklari majmuasidir ya’ni SGSE zaryadlar birliklar tizimidir. Ba’zi paytlarda, SGSE ni absolyut elektrostatik birliklar tizimi deb ataladi.

Gauss birliklar tizimida k proporsionallik koeffitsiyenti 1 ga teng hisoblanadi va zaryad birligi quyidagiga teng bo’ladi:


. (4)

SGSE zaryad birligi qilib, shunday nuqtaviy zaryad olinadiki, bu zaryadga vakuumda 1 sm masofada shunday nuqtaviy zaryad 1 dina kuch bilan ta’sir qiladi.
Zaryadning amaliy birligi qilib 1 Kulon (C) olinadi.

1C = 2,998·10⁹ SGSE zaryad birligi (z.b.).

XB tizimida 1 Kulon zaryad birligi 1 sek vaqt ichida 1 Amper tok o‘tishi uchun zarur bo‘lgan zaryad miqdoriga tengdir:

Q = I·t = 1A·1s =1C.

Bu holda, C = 1/4πε₀ ga tengdir.

Zaryadlar ta’sir etuvchi muhit vakuum bo‘lsa, u muhit ₀ – dielektrik singdiruvchanlikka ega bo‘ladi, u holda Kulon qonuni quyidagicha yoziladi:


. (5)

Agar z.b. bo‘lsa,

ga
teng bo‘ladi. Boshqa tarafdan
.
Bundan,

ε – dielektrik singdiruvchanlik moddalarda zaryadlarning Kulon ta’siri necha marta kamayishini ko’rsatuvchi kattalik.