O`zbekiston Respublikasi Xalq ta`lim Vaziriligi Ajiniyoz nomidagi Nukus Davlat pedagogika instituti

O`zbekiston Respublikasi Xalq ta`lim Vaziriligi

Ajiniyoz nomidagi Nukus Davlat

pedagogika instituti

Elektromagnetizm fani

«Umumiy fizika» kafedrasining

assistent o`qituvchisi Orınbetov N

Nukus -2012

MARUZA. KLASSIK ELEKTRODINAMIKA FANI. ELEKTR ZARYADI VA UNING SAQLANISH QONUNI. KULON QONUNI.

• Reja:
• 1. Klassik elektrodinamika fani. Elektr zaryadi va uning saqlanish qonuni. Kulon qonuni.
• 2. Elektr maydoni. Nuqtaviy maydon kuchlanganligi.
• 3. Elektrostatik maydon uchun superpozitsiya printsipi. Dipol maydoni.
• Tayanch So’z va iboralar: Zaryadlanish, elektroneytral jismlar, elementar zaryad, zaryad saqlanish qonuni, nuqtaviy zaryad, Kulon qonuni, elektr maydoni, sinash zaryadi, elektr maydon kuchlanganligi, maydonlar superpozitsiya printsipi, elektr dipoli, dipol momenti.

Klassik fizikaning elektromagnit maydon qonunlarini o`rganadigan bo`limiga elektrodinamika deyiladi. Zaryadlangan zarrachalarni yoki jismlarni o’zaro ta’siri elektromagnit maydon vositasida amalga oshiriladi. Elektromagnit maydon bir-biri bilan o’zaro bogliq bo`lgan elektr va magnit maydonlari to`plamidan iborat.

Elektr maydonining muxim xossalaridan biri shuki, u faqat zaryadlangan jismlarga kuch bilan ta’sir kiladi. Tasir darajasi zaryadning xarakat tezligiga bo`glik emas. Magnit maydonining muhim xossasi shundan iboratki, u faqat xarakatlanayotgan elektr zaryadga ta’sir qiladi. Uning tasir darajasi zaryadning tezligiga to’gri proportsional bo’lib, zaryadning harakat yunalishiga tik yunalgan.

Elektr maydonning mavjudligini shu maydonga joylashtirilgan quzgalmas elektr zaryadiga bo’lgan ta’siriga qarab bilib olish mumkin.

Quzgalmas elektr zaryadlarning elektrostatik maydon nazariyasi elektrodinamikaning elektrostatika bo’limida o’rganiladi.

Bizga ma’lumki, barcha jismlar zarrachalardan - atom va molekulalardan tuzilgan. Atomlar esa uz navbatida musbat zaryadlangan yadro va uning atrofida harakatlanadigan elektronlardan, yadro esa musbat zaryadlangan proton va zaryadsiz neytronlardan tashkil topgan.

Neytral atomlarda elektronlar soni yadrodagi protonlar soniga teng bo’ladi.

Elektron manfiy, yadro esa musbat zaryadlidir. Amerika olimi R. Milliken va rus olimi A.F.İoffe elektronni manfiy zaryadli ekanligini va uning zaryad miqdori

e = - 1,6 .10-19 Kl, massasi esa me = 9,11 . 10-31 kgga tengligini tajribada isbotlaganlar. Keyinchalik yadro tarkibiga kiruvchi protonning zaryadi ham elektronning zaryadiga miqdoran teng, ammo ishorasi musbat e = + 1.6.10-19 Kl va massasi esa mr = 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 taraqqqiyotining 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, yani

q=Ne (1.1)

Bir xil ishorali zaryadlangan jismlar bir-birlaridan qochishadi, turli ishoralilari esa bir-birlari bilan tortishadi.

Tajriba xulosalarini umumlashtirish natijasida M.Faradey (1791-1867) tabiatning fundamental konuni - zaryadlarning saqlanish qonunini kashf etdi. Unga muvofiq yakkalangan sistemada elektr zaryadlarining algebraik yigindisi o’zgarmaydi,

q1 + q2 + .... + qn = qi = const (1.2)

Zaryad miqdori turli inertsial sanoq sistemalarida ulchanganda ularning qiymatlari o’zgarmasligi isbotlangan. Demak, elektr zaryadi relyativistik invariantdir degan xulosaga kelamiz, ya’ni zaryad miqdori uning harakat tezligiga bogliq emas. Elektr zaryadi yuqolishi xam, yangidan xosil bo’lishi ham mumkin. Ammo doimo qarama-qarshi ishorali ikkita elementar zaryad yuqoladi yoki hosil bo’ladi.

Kulon qonuni: Elektrostatikaning asosiy qonuni - zaryadlangan ikkita quzgalmas nuqtaviy jismlar orasidagi o’zaro ta’sir qonunidir. Bu qonunni tajribida frantsuz fizigi Kulon 1785 yilda bo’rama tarozi yordamida kashf qilgan.

Nuqtaviy elektr zaryadi tushunchasi ham mexanikada aytilgan moddiy nuqtaga o’xshash, ya’ni zaryad tashuvchi jismlar orasidagi masofaga qaraganda ularning o’lchamlarini xisobga olmasa xam bo’ladi va maydonni shu nuqtasida maydonni o’zgartirmaydi.

Qonun ta’rifi: Vakuumdagi ikki nuqtaviy elektr zaryadining o’zaro ta’sir kuchi ta’sirlashayotgan har bir zaryad kattaliklari ko’paytmasiga to’gri va zaryadlar orasidagi masofani kvadratiga teskari proportsional, yani

vektor ko’rinishda

= k

(1.4)

Agar zaryadlar bir jinsli muhitda joylashgan bo’lsa, u xolda o’zaro ta’sir kuchi

F = k

(1.5)

 - muxitning dielektrik singdiruvchanligi deb ataladi. U o’chamsiz kattalik bo’lib, zaryadlar orasidagi o’zaro taosir kuchi vakuumdagiga qaraganda berilgan muxitda necha marta kamayganligini ifodalaydi

Cİ sistemasida o’lchov birliklarini muvofiqlashtirish koeffitsienti k =1/4o = 9 . 109 Nm2/Kl2 ga teng. 0 - elektr doimiysi deyiladi. 0 = 8,85.10-12 Kl2/N. m2 = 8,85.10-12 F/m. Kulon qonuni 10-15 m < r masofalarda yaxshi bajariladi, lekin r < 10-16 m da bu konun tugri bajarilmaydi.

Xar qanday zaryadlangan jismni nuqtaviy zaryadlar to’plami sifatida qarash mumkin. Shuning uchun elektrostatik kuchlar bitta zaryadlangan jismning ikkinchi bir jismga ta’sirini ifodalab, bu birinchi jismni tashkil qilgan nuqtaviy zaryadlar tomonidan ikkinchi jismni tashkil qilgan nuqtaviy zaryadlarni har biriga ta’sir etuvchi kuchlarni geometrik yigindisiga teng bo’ladi.

Kupincha zaryadlangan jismda zaryadlarni tekis taksimlangan deb olish qulay, masalan, chiziq bo’ylab (ingichka simda), sirt bo’ylab (zaryadlangan utkazgichda), xajm buylab. Bularga mos xolda zaryadlarning chiziqli, sirt va hajmiy zichligi degan tushunchalar kiritiladi.

Elektr zaryadining chiziqli zichligi:

bunda dq - kichik d uzunlikdagi zaryadlangan ingichka simdagi zaryad miqdori.

Zaryadlarning hajmiy zichligi:

bunda dq - zaryadlangan kichik dV xajmga mos keladigan zaryad miqdori.

d, dS va dV larning ulchamlari qattiq jism atomlari orasidagi masofaga nisbatan ko’p marta katta bo’lishi kerak. Shu bilan birga bu elementar o’lchamlar shunday kichik bo’lishi kerakki, ulardagi zaryadlarning notekis taqsimlanishini hisobga olmaslik mumkin bo’lsin.

2. ELEKTR MAYDONI. NUQTAVIY ZARYAD ELEKTR MAYDON

KUCHLANGANLIGI

Zaryadlar orasidagi o'zaro ta’sir elektr maydoni orqali amalga oshiriladi. Har qanday zaryad atrofidagi fazoda elektr maydon xosil qiladi

Bunday maydonni unga boshqa biron musbat zaryadni joylashtirish orqali aniqlash mumkin. Bu musbat zaryadni odatda “sinash” zaryadi deb ataladi. “Sinash” zaryadi q0 ga maydon tomonidan ta’sir qiladigan kuchning darajasiga qarab shu maydonning intensivligi to’grisida fikr yuritiladi. q zaryad xosil qilgan maydonni tekshiraylik. Buning uchun q zaryadga nisbatan masofaga q0 zaryadni joylashtiramiz (1.1-rasm), u xolda q zaryad tomonidan q0 ga

kuch ta’sir qiladi. Bu formuladan ko’rinadiki

kuch q va r dan tashkari q0 ga xam

boglik. Agar turli miqdordagi zaryadlarni olsak, yaoni q0, q0, . . ., larga mos xolda

1,

1,

, . . . kuchlar ta’sir qiladi.

Lekin,

/q0

munosabat berilgan q va

lar

shu nuqtadagi maydon kattaligini aniqlaydi. Bu kattalik

ychun o’zgarmas bo’lib,

=

/q0