Elektr zaryad

Elektr zaryadi materiyaning fizik xossasi boʻlib, zaryadlangan moddaning elektromagnit maydonga qoʻyilganda kuchga ega boʻlishiga olib keladi. Elektr zaryadi musbat yoki manfiy boʻlishi mumkin (odatda protonlar va elektronlar tomonidan tashiladi). Bir xil ishorali zaryadlar bir-birini itaradi va turli ishorali zaryadlar bir-birini tortadi. Aniq zaryadsiz jism neytral deb ataladi. Zaryadlangan moddalarning oʻzaro taʼsiri haqidagi dastlabki bilimlar klassik elektrodinamika deb ataladi va kvant taʼsirini hisobga olishni talab qilmaydigan muammolar uchun hali ham toʻgʻri.

Elektr zaryadi saqlanadigan kattalik; izolyatsiya qilingan tizimning sof zaryadi, musbat zaryad miqdori va manfiy zaryad miqdori yigʻindisi oʻzgarmaydi. Elektr zaryadini subatomik zarralar olib yuradi. Oddiy moddada manfiy zaryadni elektronlarda, musbat zaryadni esa atom yadrolaridagi protonlarda saqlanadi. Agar moddada elektronlar protondan koʻp boʻlsa, u manfiy zaryadga ega boʻladi, kamroq boʻlsa — musbat zaryadga ega boʻladi, agar ularning soni teng boʻlsa, bu modda neytral boʻladi. Zaryad kvantlangan boʻlib; uni e=1.602×10^-19 C elementar zaryad deb ataladigan birlikka karrali qiymatni qabul qiladi. e erkin mavjud boʻlishi mumkin boʻlgan eng kichik zaryad (kvarklar deb ataladigan zarralar kichikroq zaryadga ega -1/3e yoki 2/3e lekin ular faqat kombinatsiyada topiladi va har doim e ning butun soni boʻlgan zaryadga ega boʻlgan zarrachalarni hosil qilish uchun birlashadilar). Protonning zaryad miqdorii +e, elektroniki esa -e.

Elektr zaryadi elektr maydonlarini hosil qiladi^[1]. Harakatlanuvchi zaryad esa qoʻshimcha magnit maydon ham hosil qiladi^[2]. Elektr zaryadlarining elektromagnit maydon bilan oʻzaro taʼsiri (elektr va magnit maydonlarning kombinatsiyasi) elektromagnit (yoki Lorents) kuchining manbai^[3] fizikadagi toʻrtta asosiy kuchlardan biridir. Zaryadlangan zarralar orasidagi foton vositachiligidagi oʻzaro taʼsirlarni oʻrganish kvant elektrodinamika deb ataladi^[4].

SI tomonidan olingan elektr zaryad birligi fransuz fizigi Sharl-Agustin de Kulon sharafiga kulon (C) deb nomlangan. Elektrotexnikada zaryad birligini amper-soatda (A⋅h) foydalanish ham keng tarqalgan. Fizika va kimyoda esa asosan elementar zaryaddan (e) birlik sifatida foydalaniladi. Kimyoda bir mol elementar zaryadning zaryadi boʻlgan Faraday doimiysi ham qoʻllanadi. Kichik q belgisi koʻpincha zaryad miqdorini bildiradi.

Zaryad — moddaning boshqa zaryadlangan materiya bilan elektrostatik tortishish yoki itarilishini koʻrsatadigan asosiy xususiyatidir. Elektr zaryadi koʻplab subatomik zarralarning xarakterli xususiyatidir. Erkin turgan zarrachalarning zaryadlari e elementar zaryadga karrali boʻladi; shuning uchun biz elektr zaryadi e ni kvantlangan deymiz. Maykl Faraday oʻzining elektroliz tajribalarida birinchi boʻlib elektr zaryadining diskret tabiatini qayd etdi. Robert Millikanning neft tomchilari tajribasi bu haqiqatni toʻgʻridan-toʻgʻri koʻrsatdi va elementar zaryadni oʻlchadi. Makroskopik obyektlar shakllanishi jarayonida tarkibiy atomlar va ionlar odatda neytral atomlarga elektr bilan bogʻlangan neytral ionli birikmalardan tashkil topgan tuzilmalarni hosil qilish uchun birlashadi. Shunday qilib, makroskopik ob’ektlar umuman neytral boʻlishga intiladi, ammo makroskopik obyektlar kamdan-kam hollardagina mutloq neytral boʻladi.

Baʼzan makroskopik obyektlarda material boʻylab tarqalgan, oʻz joyida qattiq bogʻlangan ionlar mavjud boʻlib, ob’ektga umumiy aniq musbat yoki manfiy zaryad beradi. Shuningdek, oʻtaoʻtkazuvchi elementlardan yasalgan makroskopik obyektlar kamroq yoki osonlik bilan (elementga qarab) elektronlarni qabul qilishi yoki berishi, soʻngra aniq manfiy yoki musbat zaryadni saqlashi mumkin. Agar obyektning aniq elektr zaryadi nolga teng boʻlmasa va harakatsiz boʻlsa, bu hodisa statik elektrlanganlik deb nomlanadi. Buni ikkita oʻxshash boʻlmagan materialni bir-biriga ishqalash, masalan, ani moʻynaga yoki shisha bilan ipak bilan ishqalash orqali osongina zaryad hosil qilish mumkin. Shu tarzda, elektr oʻtkazmaydigan materiallar sezilarli darajada musbat yoki manfiyy zaryadlanishi mumkin. Bir materialdan olingan zaryad boshqa materialga oʻtkaziladi va ikkinchi jism birinchi jism bilan bir xil kattalikdagi, ammo qarama-qarshi ishora bilan zaryadlanib qoladi. Zaryadning saqlanish qonuni har doim amal qiladi, musbat zaryadlangan obyektga bir xil kattalikdagi manfiy zaryad berishi kerak, yoki aksincha.

Birlik

SI tomonidan olingan elektr zaryad miqdorining birligi kulondir (belgi: C). Kulon, bir soniya davomida bir amperga ega boʻlgan elektr oʻtkazgichning kesimidan oʻtadigan zaryad miqdori sifatida aniqlanadi^[5]. Bu birlik 1946-yilda taklif qilingan va 1948-yilda ratifikatsiya qilingan^[5]. Elektr zaryad miqdorini koʻrsatish uchun odatda q belgisi ishlatiladi. Elektr zaryadining miqdori toʻgʻridan-toʻgʻri elektrometr bilan yoki bilvosita ballistik galvanometr bilan oʻlchanishi mumkin.

Elementar zaryad (protonning elektr zaryadi) SI birliklar tizimida asosiy kattalik sifatida ishlatiladi. Elementar zaryadning qiymati, SI birlik sistemasida aynan 1.602176634×10^-19 C ga teng

Tarix

Kulon burilish balansi

Qadim zamonlardan beri odamlar toʻrt turdagi hodisalar bilan tanish boʻlgan, bugungi kunda hammasi elektr zaryadi tushunchasi yordamida tushuntiriladi: (a) chaqmoq, (b) torpedo baliqlari (yoki elektr nurlari), (c) Avliyo Elmo olovi va (d) moʻyna bilan ishqalangan qahrabo kichik, yengil narsalarni oʻziga tortishi^[6]. Qahrabo haqida birinchi maʼlumot koʻpincha qadimgi yunon matematigi Miletlik Talesga tegishli boʻlib, u miloddan avvalgi (624-546) davrlarda yashagan. Ammo Thales biron bir yozuv qoldirganmi yoki yoʻqmi degan shubhalar mavjud; ^[7] chunki uning qahrabo haqidagi yozuvlari 200-yillarning boshidagi manbalardan maʼlum^[8]. Miloddan avvalgi 600-yillarda Thales bu hodisani jonsiz narsalarning ruhi borligining isboti sifatida tushuntirdi^[8]. Boshqacha qilib aytadigan boʻlsak, elektr zaryadi haqida hech qanday tushuncha yoʻq edi. Umuman olganda, qadimgi yunonlar ushbu toʻrt turdagi hodisalar oʻrtasidagi bogʻliqlikni tushunishmagan.

Elektrostatikada zaryadning roli

Elektrostatika deganda obyektning elektr zaryadi va muvozanat holatida boʻlmagan ikkita obyekt birlashtirilganda tegishli elektrostatik zaryad tushuniladi. Elektrostatik razryadda esa ikki obyektning har birining zaryadida oʻzgarish hosil boʻladi.

Ishqalanish orqali elektrlashtirish

Shisha boʻlagi va moʻyna parchasi (birortasi ham elektr xususiyatiga ega boʻlmagan) bir-biriga ishqalansa va ishqalangan yuzalar bir biriga tegib tursa ular elektr xususiyatlarini koʻrsatmaydi. Biroq, bir-biridan ajralganda ular bir-birlarini oʻziga tortadilar.

Ikkinchi shisha boʻlagini boshqa qatron bilan ishqalab, soʻng ularni birinchi shisha va qatron boʻlaklari yoniga osilsa, quyidagi hodisalarni keltirib chiqaradi:

Ikki shisha boʻlaklari bir-birini itaradi.
Har bir shisha boʻlagi har bir qatron boʻlagini oʻziga tortadi.
Ikki boʻlak qatronlar bir-birini itaradi.

Bu tortishish va itarilish elektr hodisasidir va ularni koʻrsatadigan jismlar elektrlangan yoki elektr zaryadlangan deb ataladi. Jismlar boshqa koʻplab usullar bilan, shuningdek ishqalanish orqali ham elektrlanii mumkin. Ikki shisha boʻlakning elektr xususiyatlari (zaryad ishorasi) bir xil va qatronnikiga qarama-qarshidir: Shisha qatron itaradigan narsani oʻziga tortadi va qatron tortadigan narsani itaradi.

Elektr tokida zaryadning roli

Elektr toki — bu jismdan elektr zaryadining oqishidir. Asosiy zaryad tashuvchilar rolini musbat zaryadlangan proton va manfiy zaryadlangan elektronlar oʻynaydi. Ushbu zaryadlangan zarralarning har qaysisining harakati elektr tokini vujudga keltiradi. Koʻpgina hollarda, elektr toki yoʻnalishi boʻyicha harakatlanadigan musbat zaryadlar yoki teskari yoʻnalishda harakatlanadigan manfiy zaryadlar tomonidan olib borilishidan qatʼi nazar, elektr toki haqida gapirish kifoya. Ushbu makroskopik nuqtai nazar elektromagnit tushunchalar va hisoblarni soddalashtiradigan taxminiy koʻrinishdir.

Mikroskopik nuqtai nazarda, elektr tokini oʻtkazishning koʻplab usullari borligini koʻrish mumkin, jumladan: elektronlar oqimi; musbat zarralar kabi harakat qiladigan elektron kovaklar oqimi; va elektrolitik eritmada yoki plazmada qarama-qarshi yoʻnalishda oqadigan musbat va manfiy zarralar (ionlar yoki boshqa zaryadlangan zarralar) oqimi.

Eʼtiborli boʻlish kerak boʻlgan joyi shundaki, metall simlarning umumiy va muhim holatida elektr toki yoʻnalishi haqiqiy zaryad tashuvchilarning (yaʼni elektronlar) siljish tezligiga qarama-qarshidir. Bu esa fizikani yangi oʻrganuvchilar uchun chalkashlik boʻlishi mumkin.

Elektr zaryadining saqlanishi

Izolyatsiyalangan sistemaning umumiy elektr zaryadi sistema ichidagi oʻzgarishlardan qatʼi nazar, oʻzgarmas boʻlib qoladi. Ushbu qonun fizikaga maʼlum boʻlgan barcha jarayonlarga xosdir va toʻlqin funksiyasining gauge invariantligidan lokal shaklda olinishi mumkin. Zaryadning saqlanishi zaryad oqimining uzluksizlik tenglamasiga olib keladi. Umuman olganda, V integral hajmida zaryad zichligi ρ oʻzgarish tezligi yopiq sirt S = ∂ V orqali tok zichligi J boʻyicha integral maydonga teng boʻladi, bu esa oʻz navbatida aniq oqim I ga teng:

Shunday qilib, uzluksizlik tenglamasi bilan ifodalangan elektr zaryadining saqlanishi quyidagi natijani beradi:

I=-{\frac {\mathrm {d} q}{\mathrm {d} t}}.

$t_{\mathrm {i} }$ va $t_{\mathrm {f} }$ vaqt oraligʻida oqib oʻtgan zaryad miqdori tenglikning ikki tomonni integrallash orqali olinadi:

q=\int _{t_{\mathrm {i} }}^{t_{\mathrm {f} }}I\,\mathrm {d} t

Bu yerda I — yopiq sirtdan oʻtadigan tok kuchi va q — sirt tomonidan belgilangan hajmdagi elektr zaryadi.

Oltin bargli elektroskopdagi zaryad barglarning bir-birini ko'rinadigan tarzda qaytarishiga olib keladi

Zaryadning mavjudligi elektrostatik kuchni keltirib chiqaradi: zaryadlar bir-biriga kuch ta'sir qiladi, bu ta'sir antik davrda tushunilmagan bo'lsa ham ma'lum edi. yupqa ip bilan osilgan engil to'pni mato bilan ishqalash orqali zaryadlangan shisha tayoq bilan tegizish orqali zaryadlash mumkin. Agar shunga o'xshash to'p bir xil shisha tayoq bilan zaryadlangan bo'lsa, u birinchisini qaytaradi: zaryad ikkita to'pni bir-biridan ajratish uchun harakat qiladi. Ishqalangan kehribar tayoq bilan zaryadlangan ikkita to'p ham bir-birini qaytaradi. Biroq, agar bitta to'p shisha tayoq bilan, ikkinchisi esa kehribar tayoq bilan zaryadlangan bo'lsa, ikkita to'p bir-birini o'ziga jalb qiladi. Ushbu hodisalar XVIII asr oxirida Charlz-Avgustin de Kulon tomonidan tekshirilib, zaryad ikki qarama-qarshi shaklda namoyon bo'lishini aniqladi. Ushbu kashfiyot taniqli aksiomaga olib keldi: xuddi zaryadlangan narsalar qaytaradi va qarama-qarshi zaryadlangan narsalar o'ziga jalb qiladi.

Kuch zaryadlangan zarrachalarning o'ziga ta'sir qiladi, shuning uchun zaryad o'zini o'tkazuvchi sirt ustida iloji boricha teng ravishda tarqalish tendentsiyasiga ega. Elektromagnit kuchning kattaligi, jozibali yoki jirkanch bo'lsin, tomonidan berilgan Kulon qonuni, bu kuchni zaryadlarning hosilasi bilan bog'laydi va ular orasidagi masofaga teskari kvadrat munosabatga ega. elektromagnit kuch juda kuchli, kuchli ta'sir o'tkazish uchun kuch jihatidan ikkinchi o'rinda turadi, ammo bu kuchdan farqli o'laroq u barcha masofalarda ishlaydi. juda zaif tortishish kuchi bilan taqqoslaganda, ikkita elektronni bir-biridan itaradigan elektromagnit kuch ularni tortishish kuchidan 10 42 baravar ko'p.

Zaryad subatomik zarrachalarning ayrim turlaridan kelib chiqadi, ularning eng tanish tashuvchilari elektron va protondir. Elektr zaryadi tabiatning to'rtta asosiy kuchlaridan biri bo'lgan elektromagnit kuchni keltirib chiqaradi va ular bilan o'zaro ta'sir qiladi. Tajriba shuni ko'rsatdiki, zaryad saqlanib qolgan miqdor, ya'ni elektr izolyatsiya qilingan tizim ichidagi sof zaryad ushbu tizim ichidagi har qanday o'zgarishlardan qat'i nazar, doimo doimiy bo'lib qoladi. tizim ichida zaryad jismlar o'rtasida to'g'ridan-to'g'ri aloqa qilish yoki sim kabi o'tkazuvchi material bo'ylab o'tish orqali o'tkazilishi mumkin. norasmiy atama statik elektr tanadagi zaryadning aniq mavjudligini (yoki 'nomutanosiblik') anglatadi, odatda bir-biriga o'xshamaydigan materiallar ishqalanganda, zaryadni biridan ikkinchisiga o'tkazishda sabab bo'ladi.

Zaryad radiatsiya ta'siri

Radiatsiya nurlanishining modda bilan o'zaro ta'siri murakkab hodisadir. Ushbu jarayonning ikki bosqichini ko'rib chiqish odatiy holdir: birlamchi va ikkilamchi. Birlamchi yoki to'g'ridan-to'g'ri ta'sirlar elektronlarning siljishi (ionlanish), atomlarning panjara tugunlaridan siljishi, atomlar yoki elektronlarning siljishsiz qo'zg'alishi va atomlarning to'g'ridan-to'g'ri o'zaro ta'siri tufayli yadro transformatsiyalaridan iborat.zarralar oqimi bilan moddalar (maqsad). Ikkilamchi ta'sirlar elektronlarni va atomlarni urib tushirishning keyingi qo'zg'alishi va tuzilishini buzishdan iborat. Elektron-teshik juftlari hosil bo'lishi bilan elektronlarning qo'zg'alishi va kristall atomlarining panjara tugunlaridan siljishi jarayonlari eng katta e'tiborga loyiqdir, chunki bu kristall tuzilishdagi nuqsonlarning paydo bo'lishiga olib keladi. Agar elektron-teshik juftlari fazoviy zaryad sohasida hosil bo'lsa, bu yarimo'tkazgich strukturasining qarama-qarshi kontaktlarida oqim paydo bo'lishiga olib keladi. Ushbu effekt uzoq umr ko'radigan (o'nlab yillar) bettavoltaik quvvat manbalarini yaratish uchun ishlatiladi. Zaryadlangan zarrachalarning katta energiya bilan nurlanishi har doim birlamchi ionlanishga va sharoitga qarab atomlarning birlamchi siljishiga olib keladi. Yuqori energiyani panjara elektronlariga o'tkazishda Delta nurlanishi, ion yo'lidan tarqaladigan yuqori energiyali elektronlar, shuningdek fotonlar va rentgen kvantlari hosil bo'ladi. Kichik energiyalarning kristall panjarasining atomlariga o'tkazilganda, elektronlar qo'zg'alishi va ularning yuqori energiya zonasiga o'tishi sodir bo'ladi, bunda elektronlar turli energiyalarning fotonlari va fononlarini (isitish) chiqarish orqali energiyani termolizlaydi. Elektronlar va fotonlarning tarqalishining eng keng tarqalgan ta'siri Kompton effektidir.

Kompton effekti (Kompton effekti, Kompton tarqalishi) fotonning zaryadlangan zarracha, odatda elektron bilan elastik tarqalishi, kashfiyotchi Artur Xolli Kompton sharafiga nomlangan. Agar tarqalish energiyaning pasayishiga olib keladigan bo'lsa, chunki foton energiyasining bir qismi fotonning to'lqin uzunligining oshishiga (rentgen yoki gamma foton bo'lishi mumkin) mos keladigan aks ettiruvchi elektronga o'tkaziladi, bu jarayon Kompton effekti deb ataladi. Teskari Kompton tarqalishi zaryadlangan zarracha fotonga energiyasining bir qismini uzatganda sodir bo'ladi, bu yorug'lik kvantining to'lqin uzunligining qisqarishiga to'g'ri keladi.

Yana qarang

Maʼlumotnomalar

↑ Chabay, Ruth. Matter and interactions, 4th, Wiley, 2015 — 867-bet.
↑ Chabay, Ruth. Matter and interactions, 4th, Wiley, 2015 — 673-bet.
↑ Chabay, Ruth. Matter and interactions, 4th, Wiley, 2015 — 942-bet.
↑ „Quantum electrodynamics“, A Dictionary of Physics, 8th Rennie: , Oxford University Press, 2019. ISBN 9780198821472.
↑ ^5,0 ^5,1 „CIPM, 1946: Resolution 2“. BIPM. 2018-yil 10-oktyabrda asl nusxadan arxivlangan. Qaraldi: 2022-yil 28-iyul.
↑ Roller, Duane. The development of the concept of electric charge: Electricity from the Greeks to Coulomb. Cambridge, MA: Harvard University Press, 1954 — 1-bet.
↑ O'Grady, Patricia F.. Thales of Miletus: The Beginnings of Western Science and Philosophy. Ashgate, 2002 — 8-bet. ISBN 978-1351895378.
↑ ^8,0 ^8,1 „Lives of the Eminent Philosophers by Diogenes Laërtius, Book 1, §24“.

Havolalar

Zaryad qanchalik tez harakatlanadi?

[1] Chabay, Ruth. Matter and interactions, 4th, Wiley, 2015 — 867-bet.

[2] Chabay, Ruth. Matter and interactions, 4th, Wiley, 2015 — 673-bet.

[3] Chabay, Ruth. Matter and interactions, 4th, Wiley, 2015 — 942-bet.

[4] „Quantum electrodynamics“, A Dictionary of Physics, 8th Rennie: , Oxford University Press, 2019. ISBN 9780198821472.

[CIPM1946-5] 5,0 ^5,1 „CIPM, 1946: Resolution 2“. BIPM. 2018-yil 10-oktyabrda asl nusxadan arxivlangan. Qaraldi: 2022-yil 28-iyul.

[6] Roller, Duane. The development of the concept of electric charge: Electricity from the Greeks to Coulomb. Cambridge, MA: Harvard University Press, 1954 — 1-bet.

[7] O'Grady, Patricia F.. Thales of Miletus: The Beginnings of Western Science and Philosophy. Ashgate, 2002 — 8-bet. ISBN 978-1351895378.

[DL-8] 8,0 ^8,1 „Lives of the Eminent Philosophers by Diogenes Laërtius, Book 1, §24“.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]