Էլեկտրական լիցքավորումը և դրա տեսակները. Էլեկտրական լիցքի ֆիզիկական էությունը

Էլեկտրական լիցքը ֆիզիկական մեծություն է, որը բնութագրում է մարմինների միջև էլեկտրամագնիսական փոխազդեցության ինտենսիվությունը։ Էլեկտրական լիցքը ինքնին գոյություն չունի, դրա կրողը կարող է լինել միայն նյութի մասնիկ:

Հիմնական հատկություններ

1. ԵրկակիությունԲնության մեջ կան երկու նշանների լիցքեր, ինչպես լիցքերը վանում են, հակառակ լիցքերը ձգում են։ Այս առումով պայմանական գանձումները բաժանվում են դրական և բացասական:

Մետաքսին կամ թղթին քսած ապակե ձողով լիցքը կոչվում է դրական:

Բացասական - սաթի կամ էբոնիտի փայտի լիցքը, որը քսում է մորթին կամ բուրդին:

2. ՔվանտացումԵթե ​​ֆիզիկական մեծությունը վերցնում է միայն որոշակի դիսկրետ արժեքներ, ապա այն կոչվում է քվանտացված (դիսկրետ): Փորձը ցույց է տալիս, որ ցանկացած էլեկտրական լիցք քվանտացված է, այսինքն. բաղկացած է տարրական լիցքերի ամբողջ թվից։

որտեղ =1,2,...ամբողջ թիվ; e =1.6·1 -19 C - տարրական լիցք:

Էլեկտրոնն ունի ամենափոքր (տարրական) բացասական լիցքը, պրոտոնը՝ դրական։

1 կուլոնը հաղորդիչի խաչմերուկով մեկ վայրկյանում անցնող լիցքն է, երբ հաղորդիչով մեկ ամպերի ուղիղ հոսանք է անցնում։

3. Լիցքի պահպանում.

Էլեկտրական լիցքերը կարող են անհետանալ և նորից հայտնվել միայն զույգերով: Յուրաքանչյուր այդպիսի զույգում լիցքերը հավասար են մեծությամբ և հակառակ նշանով։ Օրինակ, էլեկտրոնը և պոզիտրոնը ոչնչացվում են, երբ հանդիպում են, այսինքն. վերածվում են չեզոք g- ֆոտոնների, և –e և +e լիցքերը անհետանում են։ Զույգ արտադրություն կոչվող գործընթացի ժամանակ g ֆոտոնը, մտնելով ատոմային միջուկի դաշտ, վերածվում է զույգ մասնիկների՝ էլեկտրոնի և պոզիտրոնի, և առաջանում են +e և –e լիցքեր։

Լիցքի պահպանման օրենքը.Մեկուսացված համակարգում գանձումների հանրահաշվական գումարը մնում է հաստատուն համակարգի ներսում բոլոր փոփոխությունների համար:

Մեկուսացվածմարմինների համակարգ է, որը լիցքեր չի փոխանակում արտաքին միջավայրի հետ։

4. Անփոփոխությունլիցքավորում տարբեր իներցիոն հղման համակարգերի վրա:

Փորձը ցույց է տալիս, որ լիցքի մեծությունը կախված չէ լիցքավորված մարմնի շարժման արագությունից։ Նույն լիցքը, որը չափվում է տարբեր իներցիոն հաշվետվության շրջանակներում, նույնն է:

5. Ավելացում: .

Գանձումների դասակարգում.

Կախված լիցքավորված մարմնի չափերից՝ լիցքերը բաժանվում են կետային և երկարաձգված։

· Կետային լիցքը լիցքավորված մարմին է, որի չափերը կարող են անտեսվել այս խնդրի պայմաններում:

· Ընդլայնված է մարմնի լիցքը, որի չափերը չեն կարող անտեսվել այս խնդրի պայմաններում: Ընդլայնված լիցքերը բաժանվում են գծային, մակերեսային և ծավալային:

Արտաքին էլեկտրաէներգիայի ազդեցությամբ հավասարակշռության դիրքի համեմատ տեղաշարժվելու ունակությամբ: դաշտերը, վճարները պայմանականորեն բաժանվում են անվճար, պարտադիր և կողմնակի:

Անվճարկոչվում են լիցքեր, որոնք կարող են ազատորեն շարժվել մարմնի մեջ արտաքին էլեկտրականության ազդեցությամբ։ դաշտերը.

Առնչվողկոչվում են այն լիցքերը, որոնք մտնում են դիէլեկտրական մոլեկուլների մեջ, որոնք էլեկտրական հոսանքի ազդեցության տակ. դաշտերը կարող են միայն շարժվել իրենց հավասարակշռության դիրքից, բայց չեն կարող լքել մոլեկուլը:

Երրորդ կողմկոչվում են լիցքեր, որոնք տեղակայված են դիէլեկտրիկի վրա, բայց ոչ նրա մոլեկուլների մաս:

Կետային լիցքերի միջև փոխազդեցության ուժը կարգավորող օրենքը փորձարարականորեն հաստատվել է 1785 թվականին։ Կախազարդ.

Կուլոնի օրենքըԵրկու անշարժ կետային լիցքերի փոխազդեցության ուժը ուղիղ համեմատական ​​է լիցքերին, հակադարձ համեմատական ​​է նրանց միջև հեռավորության քառակուսուն, ուղղված լիցքերը միացնող ուղիղ գծի երկայնքով և կախված է այն միջավայրից, որտեղ դրանք գտնվում են:

որտեղ q 1, q 2 - լիցքավորման արժեքներ; r-ը լիցքերի միջև հեռավորությունն է.

8.85 1 -12 C 2 / (N m 2) - էլեկտրական հաստատուն,

e-ն միջավայրի դիէլեկտրական հաստատունն է։

Նյութի դիէլեկտրական հաստատունը ցույց է տալիս, թե տվյալ դիէլեկտրիկում լիցքերի փոխազդեցության ուժը քանի անգամ է փոքր, քան վակուումում, վակուում = 1, անչափ մեծություն է։

Եկեք բացատրենք այս թուլացման պատճառը՝ դիտարկելով լիցքավորված գնդակը, որը շրջապատված է դիէլեկտրիկով։ Գնդակի դաշտը կողմնորոշում է դիէլեկտրիկի մոլեկուլները, իսկ գնդակին կից դիէլեկտրիկի մակերեսին հայտնվում են բացասական կապակցված լիցքեր։

Դիէլեկտրիկի ցանկացած կետում դաշտը կստեղծվի երկու հակադիր լիցքավորված գնդերով՝ դրական լիցքավորված գնդակի մակերեսը և դրան կից դիէլեկտրիկի բացասական լիցքավորված մակերեսը, մինչդեռ կապված լիցքերի դաշտը հանվում է դաշտից։ անվճար վճարներ, և ընդհանուր դաշտը կլինի ավելի թույլ, քան մեկ գնդակի դաշտը:

1. Էլեկտրաստատիկ դաշտի ուժ: Էլեկտրական դաշտերի սուպերպոզիցիոն սկզբունքը. Վեկտորային հոսք.

Ցանկացած լիցք փոխում է շրջապատող տարածության հատկությունները՝ այն ստեղծում է էլեկտրական դաշտ դրա մեջ։

Էլեկտրական դաշտը էլեկտրական լիցքերը շրջապատող նյութի գոյության ձևերից մեկն է։ Այս դաշտը դրսևորվում է նրանով, որ ցանկացած կետում տեղադրված էլեկտրական լիցքը գտնվում է ուժի ազդեցության տակ։

Էլեկտրական դաշտ հասկացությունը գիտության մեջ մտցվել է 19-րդ դարի 30-ական թվականներին անգլիացի գիտնականներ Մայքլ Ֆարադեյի կողմից։

Ըստ Ֆարադեյի՝ յուրաքանչյուր էլեկտրական լիցքը շրջապատված է իր ստեղծած էլեկտրական դաշտով, ուստի նման լիցքը երբեմն կոչվում է աղբյուրի լիցք։ Լիցքը, որով ուսումնասիրվում է աղբյուրի լիցքի դաշտը, կոչվում է փորձնական լիցք։

Որպեսզի փորձնական լիցքի վրա ազդող ուժը բնութագրի դաշտը տվյալ կետում. Փորձարկման վճարը պետք է լինի բալային:

Կետային լիցքավորումկոչվում է լիցքավորված մարմին, որի չափերը կարելի է անտեսել այս խնդրի պայմաններում, այսինքն. որոնց չափերը փոքր են՝ համեմատած այլ մարմինների հեռավորությունների հետ, որոնց հետ այն փոխազդում է։ Այս դեպքում փորձնական լիցքի սեփական էլեկտրական դաշտը պետք է այնքան փոքր լինի, որ չփոխի աղբյուրի լիցքի դաշտը։ Որքան փոքր է լիցքավորված մարմնի չափը և որքան թույլ է նրա սեփական դաշտը աղբյուրի լիցքի դաշտի համեմատությամբ, այնքան ավելի ճշգրիտ է այս լիցքավորված մարմինը բավարարում փորձնական լիցքավորման պայմանը։

Էլեկտրական դաշտը տարածվում է վակուումում c = 3·1 8 արագությամբ:

Անշարժ էլեկտրական լիցքերի դաշտը էլեկտրաստատիկ է։

Օգտագործելով փորձնական լիցքավորում, մենք ուսումնասիրում ենք անշարժ լիցքի ստեղծած դաշտը՝ աղբյուրը:

Դաշտի տվյալ կետում փորձնական լիցքի վրա ազդող ուժը կախված է փորձնական լիցքի չափից: Եթե ​​վերցնենք տարբեր փորձնական լիցքեր, ապա դաշտի տվյալ կետում դրանց վրա ազդող ուժը տարբեր կլինի։

Այնուամենայնիվ, ուժի հարաբերակցությունը փորձարկման լիցքի մեծությանը մնում է հաստատուն և բնութագրում է հենց դաշտը: Այս հարաբերակցությունը կոչվում է էլեկտրական դաշտի ուժ տվյալ կետում:

Էլեկտրական դաշտի ուժըվեկտորային մեծություն է, որը թվայինորեն հավասար է այն ուժին, որով դաշտը գործում է միավոր դրական փորձնական լիցքի վրա դաշտի տվյալ կետում և համակողմանի է այս ուժի հետ:

Ուժը դաշտի հիմնական բնութագիրն է և ամբողջությամբ բնութագրում է դաշտը մեծության և ուղղության յուրաքանչյուր կետում:

Կետային լիցքի դաշտի ուժը:

Կուլոնի օրենքի համաձայն

=

այս լիցքից r հեռավորության վրա գտնվող կետային լիցքի էլեկտրական դաշտի ուժգնությունն է։

Հարմար է գրաֆիկորեն պատկերել էլեկտրական դաշտը՝ օգտագործելով այսպես կոչված ուժի գծերի կամ լարվածության գծերի նկարը:

Լարվածության գիծուղիղ է, որի շոշափողը յուրաքանչյուր կետում իր ուղղությամբ համընկնում է տվյալ կետի լարվածության վեկտորի հետ։

Անշարժ լիցքերով ստեղծված դաշտի ուժգնության գծերը միշտ սկսվում և ավարտվում են լիցքերով (կամ անվերջությամբ) և երբեք չեն փակվում: Ավելի ուժեղ դաշտը ներկայացված է ավելի խիտ տարածված լարվածության գծերով: Գծերի խտությունն ընտրված է այնպես, որ գծերին ուղղահայաց տեղանքի միավոր մակերեսը ծակող գծերի թիվը հավասար լինի վեկտորի թվային արժեքին: Լարվածության գծերը երբեք չեն հատվում, քանի որ... դրանց խաչմերուկը կնշանակի դաշտի ուժգնության վեկտորի երկու տարբեր ուղղություններ նույն կետում, ինչը իմաստ չունի:

Այն դաշտը, որտեղ ինտենսիվությունը բոլոր կետերում ունի նույն մեծությունը և նույն ուղղությունը, կոչվում է միատարր: Նման դաշտում ուժի գծերը զուգահեռ են, և դրանց խտությունը ամենուր նույնն է, այսինքն. դրանք գտնվում են միմյանցից նույն հեռավորության վրա։

Սուպերպոզիցիայի սկզբունքը.

Եթե ​​էլեկտրական դաշտը տվյալ կետում ստեղծվում է մի քանի լիցքերով, ապա ստացված դաշտի ուժգնությունը հավասար է յուրաքանչյուր լիցքից առանձին ստեղծված դաշտի ուժգնության վեկտորային գումարին։

Սուպերպոզիցիայի սկզբունքը փորձարարական փաստ է, որը վավեր է մինչև շատ ուժեղ դաշտեր: Նույն օրենքի համաձայն՝ ձևավորվում են ոչ միայն ստատիկ, այլև արագ փոփոխվող էլեկտրամագնիսական դաշտեր

Եկեք վեկտորային դաշտում ընտրենք որոշակի ծավալ, որը սահմանափակվում է S մակերևույթով: Եկեք այս մակերեսը բաժանենք չափի տարրական տարածքների: .

Կարելի է հաշվի առնել ուղղորդված մակերեսային տարրը: Մակերեւույթի ուղղորդված տարրը վեկտորն է, որի երկարությունը հավասար է տարրի մակերեսին, իսկ ուղղությունը համընկնում է այս տարրի նորմալ ուղղության հետ: Փակ մակերեսի համար վերցվում է մակերեսի արտաքին նորմալը։ Քանի որ ուղղության ընտրությունը կամայական է (պայմանական), այն կարող է ուղղվել կա՛մ տեղանքից մի ուղղությամբ, կա՛մ մյուս ուղղությամբ, այն իրական վեկտոր չէ, այլ կեղծ վեկտոր:

Ուղղորդված մակերեսային տարր,

Տարրական մակերես:

Լարվածության վեկտորի հոսքը տարրական մակերեսով dSկոչվում է սկալյար արտադրյալ

որտեղ a-ն անկյունն է վեկտորների և ,

E n - պրոյեկցիա նորմալ ուղղությամբ:

Ամփոփելով հոսքերը բոլոր տարրական տարածքներով, որոնց բաժանվել է S մակերեսը, մենք ստանում ենք վեկտորային հոսքը S մակերևույթի միջով։

Վեկտորի հոսքը S մակերևույթի միջով ինտեգրալն է

Փակ մակերեսի համար.

Վեկտորային հոսքը հանրահաշվական մեծություն է.

Միատեսակ դաշտի համար

Լարվածության վեկտորի հոսքին կարելի է տալ հստակ երկրաչափական մեկնաբանություն. այն թվայինորեն հավասար է տվյալ մակերեսը հատող լարվածության գծերի թվին։

2. Գաուսի թեորեմը վեկտորային հոսքի և դրա կիրառումը վակուումում ընդլայնված լիցքերի դաշտերը հաշվարկելու համար։

Իմանալով կետային լիցքի դաշտի ուժգնությունը և օգտագործելով սուպերպոզիցիայի սկզբունքը, հնարավոր է հաշվարկել մի քանի կետային լիցքերով ստեղծված դաշտի ուժգնությունը։ Այնուամենայնիվ, ընդլայնված լիցքերի համար սուպերպոզիցիայի սկզբունքի կիրառումը դժվար է: 19-րդ դարի սկզբին գերմանացի գիտնական Գաուսի կողմից առաջարկվել է ընդլայնված լիցքերով ստեղծված դաշտերի հաշվարկման մեթոդ։

Գաուսի թեորեմը վակուումում էլեկտրաստատիկ դաշտի համար.

Դիտարկենք կետային լիցքի դաշտը վակուումում և հաշվարկենք ոլորտի շառավիղը մակերևույթի միջով

Դաշտի ուժը գնդի մակերևույթի ցանկացած կետում

Էլեկտրականությունը մեզ շրջապատում է բոլոր կողմերից։ Բայց մի ժամանակ դա այդպես չէր։ Քանի որ բառն ինքնին ծագում է որոշակի նյութի հունարեն անունից՝ «էլեկտրոն», հունարենում՝ «սաթ»: Նրա հետ հետաքրքիր փորձեր են անցկացրել՝ նման կախարդական հնարքների։ Մարդիկ միշտ էլ սիրել են հրաշքները, բայց այստեղ փոշու ամեն տեսակ բծերը, վզիկները, թելերը, մազերը սկսեցին գրավել սաթի կտորը, հենց որ այն քսվեց մի կտորով։ Այսինքն՝ այս ոսկե քարը ոչ մի փոքր «բռնակներ» չունի, բայց կարող է բմբուլ վերցնել։

հետ շփման մեջ

Դասընկերներ

Էլեկտրաէներգիայի կուտակում և դրա մասին գիտելիքներ

Էլեկտրաէներգիայի տեսանելի կուտակում է տեղի ունեցել նաև սաթից պատրաստված արհեստներ հագցնելիս՝ սաթե ուլունքներ, սաթե մազերի սեղմիչներ։ Չկան այլ բացատրություններ, քան ակնհայտ կախարդանք, չէր կարող լինել։ Ի վերջո, հնարքի հաջողության համար անհրաժեշտ էր ուլունքները տեսակավորել բացառապես մաքուր, չոր ձեռքերով և մաքուր հագուստով նստած։ Իսկ մաքուր մազերը, լավ քսած մազակալով, տալիս են գեղեցիկ և սարսափելի մի բան՝ վեր կպած մազերի լուսապսակ: Եվ նույնիսկ ճռճռոց: Եվ նույնիսկ մթության մեջ կան փայլատակումներ: Սա պահանջկոտ ու քմահաճ, ինչպես նաև սարսափելի ու անհասկանալի ոգու գործողություն է: Բայց ժամանակը եկել է, և էլեկտրական երևույթները դադարել են լինել ոգու տարածք:

Նրանք սկսեցին ամեն ինչ անվանել պարզապես «փոխազդեցություն»: Այդ ժամանակ մենք սկսեցինք փորձարկել: Նրանք ստեղծեցին հատուկ մեքենա դրա համար (էլեկտրաֆորիկ մեքենա), և էլեկտրաէներգիա պահելու բանկա (Լեյդեն բանկա): Եվ մի սարք, որն արդեն կարող էր ցույց տալ «հավասար-ավել-պակաս» էլեկտրաէներգիայի հետ կապված (էլեկտրոսկոպ): Մնում է միայն բացատրել այդ ամենըբանաձևերի ավելի ու ավելի հզոր լեզվի օգնությամբ:

Այսպիսով, մարդկությունը եկել է բնության մեջ որոշակի էլեկտրական լիցքի առկայությունը ճանաչելու անհրաժեշտության մասին: Իրականում վերնագիրը որևէ բացահայտում չի պարունակում։ Էլեկտրական միջոցներ՝ կապված երեւույթների հետ որի ուսումնասիրությունը սկսվեց սաթի մոգությամբ. «Լիցք» բառը խոսում է միայն առարկայի մեջ ներկառուցված անորոշ հնարավորությունների մասին, ինչպես թնդանոթի գնդակը: Պարզապես պարզ է, որ էլեկտրաէներգիան կարող է ինչ-որ կերպ արտադրվել և ինչ-որ կերպ պահպանվել: Եվ ինչ-որ կերպ դա պետք է չափել: Նույնը, ինչ սովորական նյութը, օրինակ՝ նավթը։

Եվ, անալոգիա այն նյութերի հետ, որոնց ամենափոքր մասնիկները (ատոմները) խոսվում էին վստահորեն. Դեմոկրիտոսի ժամանակներից, և որոշեց, որ մեղադրանքը, անշուշտ, պետք է բաղկացած լինի նմանատիպ շատ փոքր «մարմիններից»՝ մարմիններից։ Որոնց թիվը մեծ լիցքավորված մարմնում կտա էլեկտրական լիցքի քանակություն։

Էլեկտրական լիցք - լիցքի պահպանման օրենք

Իհարկե, այն ժամանակ նրանք նույնիսկ մոտավորապես չէին կարող պատկերացնել, թե որքան նման էլեկտրական «մարմիններ» կարող են հայտնվել նույնիսկ շատ փոքր լիցքավորված մարմնում։ Բայց դեռ անհրաժեշտ էր էլեկտրական լիցքի գործնական միավոր: Եվ նրանք սկսեցին հորինել այն: Կախազարդը, որի անունով հետագայում կոչվեց նման միավորը, ըստ երևույթին չափում էր լիցքերի մեծությունը՝ օգտագործելով մետաղական գնդիկներ, որոնցով նա փորձեր էր անում, բայց ինչ-որ կերպ համեմատաբար: Բացել է իմ հայտնի Կուլոնի օրենքը, որտեղ նա հանրահաշվորեն գրել է, որ Q1 և q2 երկու լիցքերի միջև գործող ուժը, որոնք բաժանված են R հեռավորությամբ, համամասնական է դրանց արտադրյալին և հակադարձ համեմատական՝ նրանց միջև եղած հեռավորության քառակուսուն։

Գործակից կկախված է այն միջավայրից, որտեղ փոխազդեցությունը տեղի է ունենում, բայց վակուումում այն ​​հավասար է միասնության:

Հավանաբար Կեպլերից ու Նյուտոնից հետո նման բաներ անելն այնքան էլ դժվար չէր։ Հեռավորությունը հեշտ է չափել։ Նա ֆիզիկապես բաժանել է մեղադրանքները՝ մի գնդակը մյուսին դիպչելով։ Պարզվեց, որ երկու միանման գնդակների վրա, եթե մեկը լիցքավորված է, իսկ մյուսը՝ ոչ, շփվելիս լիցքը կիսվում է կիսով չափ՝ այն ցրվում է երկու գնդակների վրա: Այսպիսով, նա ստացավ սկզբնական անհայտ քանակի կոտորակային արժեքներ q.

Ուսումնասիրելով էլեկտրական լիցքերի փոխազդեցություն, նա չափումներ է կատարել գնդակների միջև տարբեր հեռավորությունների վրա, արձանագրել է իր ոլորման մնացորդների վրա եղած շեղումները, որոնք ստացվում են լիցքավորված գնդիկները միմյանց ետ մղելիս։ Ըստ երևույթին, նրա օրենքը մաքուր հաղթանակ էր հանրահաշվի համար, քանի որ ինքը Կուլոնը չգիտեր լիցքի չափման միավորը «կուլոն» և պարզապես չէր կարող իմանալ այն:

Մեկ այլ հաղթանակ էր այն փաստի բացահայտումը, որ այս նույն քանակի q ընդհանուր գումարը գնդակների մեջ, որոնք նա կարողանում էր լիցքավորել այս կերպ, միշտ մնում էր անփոփոխ։ Այդ իսկ պատճառով նա բաց օրենքը անվանեց լիցքի պահպանման օրենք։

Q = q 1 + q 2 + q 3 + … + q n

Մենք պետք է արժանին մատուցենք գիտնականի ճշտությանը և համբերությանը, ինչպես նաև այն քաջությանը, որով նա հռչակեց իր օրենքները՝ չունենալով իր ուսումնասիրածի չափի միավորը։

Էլեկտրաէներգիայի մասնիկ - նվազագույն լիցք

Միայն ավելի ուշ հասկացան, որ տարրական, այսինքն՝ ամենափոքր էլեկտրական լիցքը... էլեկտրոն է։ Միայն ոչ թե փոքրիկ սաթի կտոր, այլ անարտահայտելի փոքր մասնիկ, որը նույնիսկ նյութ չէ (գրեթե), բայց որն անպայմանորեն առկա է ցանկացած նյութական մարմնում։ Եւ նույնիսկ յուրաքանչյուր նյութի յուրաքանչյուր ատոմում. Եվ ոչ միայն ատոմներում, այլեւ դրանց շուրջը։ Եվ նրանք.

• որոնք հայտնաբերված են ատոմներում, կոչվում են կապված էլեկտրոններ:
• իսկ շուրջը գտնվողներն ազատ էլեկտրոններ են:

Էլեկտրոնները կապված են ատոմում, քանի որ ատոմային միջուկը պարունակում է նաև լիցքի մասնիկներ՝ պրոտոններ, և յուրաքանչյուր պրոտոն, անշուշտ, դեպի իրեն կգրավի էլեկտրոն: Պարզապես Կուլոնի օրենքի համաձայն.

Եվ լիցքը, որը դուք կարող եք տեսնել կամ զգալ, արդյունք է.

• շփում,
• խնայողություններ, կուտակում
• քիմիական ռեակցիա,
• էլեկտրամագնիսական ինդուկցիա,

բաղկացած է միայն ազատ էլեկտրոններից, որոնք արտանետվել են ատոմներից տարբեր թյուրիմացությունների պատճառով.

1. մեկ այլ ատոմի հարվածից (ջերմային արտանետում)
2. լույսի քվանտ (լուսարձակում) և այլ պատճառներով

և թափառելով հսկայական մակրոսկոպիկ մարմինների մեջ (օրինակ՝ մազեր):

Էլեկտրոնների համար մեր առարկաների մարմինները իսկապես հսկայական են: Լիցքի մեկ միավորը (կուլոն) պարունակում է մոտավորապես այս քանակությամբ էլեկտրոններ՝ 624,150,912,514,351,000-ից մի փոքր ավելի: Այն հնչում է այսպես՝ 624 կվադրիլիոն 150 տրիլիոն 912 միլիարդ 514 միլիոն 351 հազար էլեկտրոն էլեկտրական լիցքի մեկ կուլոնում:

Իսկ կախազարդը շատ պարզ քանակություն է և մեզ մոտ։ Կուլոնը նույն լիցքն է, որ հոսում է մեկ վայրկյանում հաղորդիչի խաչմերուկով, եթե դրա մեջ հոսանքն ունի մեկ ամպերի ուժ. Այսինքն՝ 1 ամպերի դեպքում, յուրաքանչյուր վայրկյանի համար, հենց այս 624 կվադրիլիոն ... էլեկտրոնները կթռչեն լարերի խաչմերուկով:

Էլեկտրոններն այնքան շարժուն են և այնքան արագ են շարժվում ֆիզիկական մարմինների ներսում, որ մի ակնթարթում միացնում են մեր լամպը, հենց որ սեղմում ենք անջատիչը: Եվ դա է պատճառը, որ մեր էլեկտրական փոխազդեցությունն այնքան արագ է, որ ամեն վայրկյան տեղի են ունենում իրադարձություններ, որոնք կոչվում են «վերակոմբինացիա»: Փախած էլեկտրոնը գտնում է այն ատոմը, որից էլեկտրոնը հենց նոր է փախել և ազատ տարածություն է գրավում դրանում:

Նման իրադարձությունների թիվը վայրկյանում նույնպես կարգի է... դե սա արդեն բոլորն են պատկերացնում։ Եվ այս իրադարձությունները շարունակաբար կրկնվում են, երբ էլեկտրոնները հեռանում են ատոմներից և հետո վերադառնում ատոմներին: Փախչում են ու վերադառնում։ Սա նրանց կյանքն է, առանց դրա նրանք պարզապես չեն կարող գոյություն ունենալ։ Եվ միայն դրա շնորհիվ է, որ գոյություն ունի էլեկտրականություն՝ այն համակարգը, որը դարձել է մեր կյանքի, մեր հարմարավետության, մեր սննդի և պահպանման մի մասը:

Ընթացիկ ուղղություն. Ո՞վ է ղեկավարում մեր պատասխանատվությունը:

Սա միակ բանն է, որ մնում է մի փոքրիկ հետաքրքրասիրություն, որը բոլորը գիտեն, բայց ֆիզիկոսներից ոչ ոք չի ցանկանում ուղղել:

Երբ Կուլոնը խաբեց իր գնդակներով, նրանք տեսան, որ երկու տեսակի լիցք կա։ Եվ նույն տեսակի լիցքերը վանում են միմյանց, և տարբեր տեսակի լիցքերը գրավում են միմյանց։ Բնական էր դրանցից մի քանիսի անուններ տալը դրական, իսկ մյուսները՝ բացասական. Եվ ենթադրենք, որ էլեկտրական հոսանքը հոսում է այնտեղից, որտեղ ավելի շատ է, այնտեղ, որտեղ կա ավելի քիչ: Այսինքն՝ գումարածից մինուս։ Այսպիսով, այն մնաց ֆիզիկոսների մտքում շատ սերունդների ընթացքում:

Բայց այդ ժամանակ առաջինը հայտնաբերվեցին ոչ թե էլեկտրոնները, այլ իոնները: Սրանք հենց այն անմխիթար ատոմներն են, որոնք կորցրել են իրենց էլեկտրոնը։ Միջուկում, որի միջուկում կա «լրացուցիչ» պրոտոն, և, հետևաբար, դրանք լիցքավորված են: Դե, երբ սա հայտնաբերեցին, անմիջապես հառաչեցին ու ասացին՝ ահա, դու մեր դրական լիցքն ես։ Իսկ պրոտոնը ձեռք բերեց դրական լիցքավորված մասնիկի համբավ։

Եվ հետո նրանք հասկացան, որ ատոմներն ամենից հաճախ չեզոք են, քանի որ միջուկի էլեկտրական լիցքը հավասարակշռված է միջուկի շուրջ պտտվող էլեկտրոնային թաղանթների լիցքով: Այսինքն՝ նրանք կառուցել են ատոմի մոլորակային մոդելը։ Եվ միայն այն ժամանակ նրանք հասկացան, որ ատոմները կազմում են ողջ (գրեթե) նյութը, նրա պինդ բյուրեղյա ցանցը կամ նրա հեղուկ մարմնի ողջ զանգվածը։ Այսինքն՝ նեյտրոններով պրոտոնները ամուր նստած են ատոմների միջուկներում։ Եվ ոչ թե ձեր կամքով, ինչպես լույսն ու շարժական էլեկտրոնները: Հետեւաբար հոսանքը ոչ թե պլյուսից մինուս է հոսում, այլ, ընդհակառակը, մինուսից պլյուս։

Էլեկտրականություն բառը գալիս է հունարեն սաթի անունից. ελεκτρον .
Սաթը փշատերև ծառերի քարացած խեժն է: Հին մարդիկ նկատել են, որ եթե սաթը շփեք կտորի հետ, այն կգրավի թեթև առարկաներ կամ փոշի։ Այս երևույթը, որը մենք այսօր անվանում ենք ստատիկ էլեկտրականություն, կարելի է դիտարկել էբոնիտի կամ ապակե ձողի կամ պարզապես պլաստիկ քանոնի կտորով քսելու միջոցով։

Պլաստիկ քանոնը, որը մանրակրկիտ քսվել է թղթե անձեռոցիկով, ձգում է թղթի փոքր կտորները (նկ. 22.1): Հնարավոր է, որ դուք տեսել եք ստատիկ էլեկտրականության արտանետումներ՝ մազերը սանրելիս կամ նեյլոնե բլուզը կամ վերնաշապիկը հանելիս: Հնարավոր է, որ դուք հոսանքահարվել եք, երբ դիպչել եք մետաղական դռան բռնակին մեքենայի նստատեղից կանգնելուց կամ սինթետիկ գորգի վրա քայլելուց հետո: Այս բոլոր դեպքերում օբյեկտը շփման միջոցով ձեռք է բերում էլեկտրական լիցք. ասում են, որ էլեկտրականացումը տեղի է ունենում շփման միջոցով:

Արդյո՞ք բոլոր էլեկտրական լիցքերը նույնն են, թե կան տարբեր տեսակներ: Պարզվում է, որ գոյություն ունի էլեկտրական լիցքերի երկու տեսակ, ինչը կարելի է ապացուցել հետեւյալ պարզ փորձով. Պլաստիկ քանոնը մեջտեղից կախեք թելից և մանրակրկիտ շփեք կտորով։ Եթե ​​հիմա դրան մոտ բերենք մեկ այլ էլեկտրիֆիկացված քանոն, ապա կտեսնենք, որ տիրակալները վանում են միմյանց (նկ. 22.2, ա):
Նույն կերպ, մեկ այլ էլեկտրիֆիկացված ապակե ձող բերելով մեկին, կդիտարկենք դրանց վանումը (նկ. 22.2,6): Եթե ​​լիցքավորված ապակե ձողը բերվի էլեկտրականացված պլաստիկ քանոնի մոտ, ապա դրանք կձգվեն (նկ. 22.2, գ): Քանոնը, ըստ երևույթին, ունի այլ տեսակի լիցք, քան ապակե ձողը:
Փորձնականորեն հաստատվել է, որ բոլոր լիցքավորված առարկաները բաժանվում են երկու կատեգորիայի՝ կա՛մ ձգվում են պլաստիկով և վանվում են ապակիով, կա՛մ, ընդհակառակը, վանվում են պլաստիկով և ձգվում են ապակիով։ Թվում է, թե կան երկու տեսակի մեղադրանքներ, նույն տեսակի մեղադրանքները վանում են, և տարբեր տեսակի մեղադրանքները գրավում են: Մենք ասում ենք, որ նման լիցքերը վանում են, իսկ ի տարբերություն լիցքերը գրավում են:

Ամերիկացի պետական ​​գործիչ, փիլիսոփա և գիտնական Բենջամին Ֆրանկլինը (1706-1790) լիցքերի այս երկու տեսակներն անվանել է դրական և բացասական։ Բացարձակապես ոչ մի տարբերություն չկար, թե ինչ վճար պետք է կանչել.
Ֆրանկլինն առաջարկեց էլեկտրականացված ապակե ձողի լիցքը համարել դրական։ Այս դեպքում պլաստիկ քանոնի (կամ սաթի) վրա հայտնվող լիցքը բացասական կլինի։ Այս համաձայնագրին հետևում են նաև այսօր։

Էլեկտրականության մասին Ֆրանկլինի տեսությունն իրականում «մեկ հեղուկ» հասկացություն էր. դրական լիցքը դիտվում էր որպես «էլեկտրական հեղուկի» գերազանցում տվյալ օբյեկտում իր նորմալ պարունակությունից, իսկ բացասական լիցքը՝ որպես անբավարարություն: Ֆրանկլինը պնդում էր, որ երբ ինչ-որ գործընթացի արդյունքում մի մարմնում առաջանում է որոշակի լիցք, հակառակ տեսակի լիցքի նույն քանակությունը միաժամանակ առաջանում է մեկ այլ մարմնում։ Հետևաբար, «դրական» և «բացասական» անվանումները պետք է հասկանալ հանրահաշվական իմաստով, այնպես որ ցանկացած գործընթացում մարմինների կողմից ձեռք բերված ընդհանուր լիցքը միշտ հավասար է զրոյի:

Օրինակ, երբ պլաստիկ քանոնը քսում են թղթե անձեռոցիկով, քանոնը բացասական լիցք է ստանում, իսկ անձեռոցիկը հավասար դրական լիցք է ստանում։ Գանձումների տարանջատում կա, բայց դրանց գումարը զրո է։
Այս օրինակը ցույց է տալիս ամուր հաստատվածը էլեկտրական լիցքի պահպանման օրենքը, որը կարդում է.

Ցանկացած գործընթացի արդյունքում առաջացող ընդհանուր էլեկտրական լիցքը զրո է:

Այս օրենքից շեղումներ երբևէ չեն նկատվել, հետևաբար կարելի է համարել, որ այն նույնքան ամուր է, որքան էներգիայի և իմպուլսի պահպանման օրենքները։

Էլեկտրական լիցքերը ատոմներում

Միայն անցյալ դարում պարզ դարձավ, որ էլեկտրական լիցքի գոյության պատճառը հենց ատոմների մեջ է։ Հետագայում ավելի մանրամասն կքննարկենք ատոմի կառուցվածքը և դրա մասին պատկերացումների զարգացումը։ Այստեղ մենք հակիրճ կքննարկենք այն հիմնական գաղափարները, որոնք կօգնեն մեզ ավելի լավ հասկանալ էլեկտրաէներգիայի էությունը:

Ժամանակակից հասկացությունների համաձայն, ատոմը (որոշակիորեն պարզեցված) բաղկացած է ծանր դրական լիցքավորված միջուկից, որը շրջապատված է մեկ կամ մի քանի բացասական լիցքավորված էլեկտրոններով։
Նորմալ վիճակում ատոմում դրական և բացասական լիցքերը մեծությամբ հավասար են, իսկ ատոմը որպես ամբողջություն էլեկտրականորեն չեզոք է։ Այնուամենայնիվ, ատոմը կարող է կորցնել կամ ստանալ մեկ կամ մի քանի էլեկտրոն: Այդ դեպքում նրա լիցքը կլինի դրական կամ բացասական, և այդպիսի ատոմը կոչվում է իոն։

Պինդ վիճակում միջուկները կարող են թրթռալ՝ մնալով ֆիքսված դիրքերի մոտ, մինչդեռ որոշ էլեկտրոններ շարժվում են ամբողջովին ազատ։ Շփման միջոցով էլեկտրաֆիկացումը կարելի է բացատրել նրանով, որ տարբեր նյութերում միջուկները պահում են տարբեր հզորությամբ էլեկտրոններ։
Երբ թղթե անձեռոցիկով քսված պլաստիկ քանոնը բացասական լիցք է ստանում, դա նշանակում է, որ թղթե անձեռոցիկի էլեկտրոնները ավելի քիչ ամուր են պահվում, քան պլաստիկում, և դրանց մի մասը անձեռոցիկից տեղափոխվում է քանոն: Անձեռոցիկի դրական լիցքը մեծությամբ հավասար է քանոնի ձեռք բերած բացասական լիցքին։

Սովորաբար, շփման միջոցով էլեկտրականացված առարկաները լիցք են պահում միայն որոշ ժամանակ և ի վերջո վերադառնում են էլեկտրական չեզոք վիճակի: Որտե՞ղ է գնում վճարը: Այն «թափվում» է օդում պարունակվող ջրի մոլեկուլների վրա։
Բանն այն է, որ ջրի մոլեկուլները բևեռային են. չնայած ընդհանուր առմամբ դրանք էլեկտրականորեն չեզոք են, սակայն դրանցում լիցքը հավասարաչափ բաշխված չէ (նկ. 22.3): Հետևաբար, էլեկտրիֆիկացված քանոնից ավելորդ էլեկտրոնները «կհոսեն» օդ՝ ձգվելով դեպի ջրի մոլեկուլի դրական լիցքավորված հատվածը։
Մյուս կողմից, օբյեկտի դրական լիցքը կչեզոքացվի էլեկտրոնների միջոցով, որոնք թույլ են պահում օդի ջրի մոլեկուլները: Չոր եղանակին ստատիկ էլեկտրականության ազդեցությունը շատ ավելի նկատելի է. օդում ավելի քիչ ջրի մոլեկուլներ կան, և լիցքը այնքան արագ չի հոսում: Խոնավ, անձրևոտ եղանակին ապրանքը չի կարողանում երկար ժամանակ պահել իր լիցքը:

Մեկուսիչներ և հաղորդիչներ

Թող լինեն երկու մետաղական գնդակներ, որոնցից մեկը բարձր լիցքավորված է, իսկ մյուսը էլեկտրականորեն չեզոք է: Եթե ​​դրանք միացնենք, ասենք, երկաթյա մեխով, ապա չլիցքավորված գնդիկը արագ էլեկտրական լիցք կստանա։ Եթե ​​փայտե փայտով կամ ռետինով միաժամանակ հպվենք երկու գնդակներին, ապա գնդիկը, որը լիցք չուներ, կմնա չլիցքավորված։ Այնպիսի նյութերը, ինչպիսիք են երկաթը, կոչվում են էլեկտրական հոսանքի հաղորդիչներ. փայտը և ռետինը կոչվում են ոչ հաղորդիչներ կամ մեկուսիչներ:

Մետաղները հիմնականում լավ հաղորդիչներ են. Մյուս նյութերի մեծ մասը մեկուսիչներ են (սակայն, մեկուսիչները մի քիչ էլեկտրական հոսանք են անցկացնում): Հետաքրքիր է, որ գրեթե բոլոր բնական նյութերը պատկանում են այս երկու կտրուկ տարբեր կատեգորիաներից մեկին:
Այնուամենայնիվ, կան նյութեր (որոնցից պետք է նշել սիլիցիումը, գերմանիումը և ածխածինը), որոնք պատկանում են միջանկյալ (բայց նաև կտրուկ առանձնացված) կատեգորիայի։ Դրանք կոչվում են կիսահաղորդիչներ։

Ատոմային տեսության տեսանկյունից մեկուսիչների էլեկտրոնները շատ ամուր կապված են միջուկների հետ, մինչդեռ հաղորդիչներում շատ էլեկտրոններ կապված են շատ թույլ և կարող են ազատորեն շարժվել նյութի ներսում:
Երբ դրական լիցքավորված առարկան մոտեցնում կամ դիպչում է հաղորդիչին, ազատ էլեկտրոնները արագ շարժվում են դեպի դրական լիցքը: Եթե ​​առարկան բացասական լիցքավորված է, ապա էլեկտրոնները, ընդհակառակը, հակված են հեռանալ նրանից։ Կիսահաղորդիչներում ազատ էլեկտրոնները շատ քիչ են, իսկ մեկուսիչներում դրանք գործնականում բացակայում են։

Առաջացած լիցքավորում: Էլեկտրոսկոպ

Եկեք դրական լիցքավորված մետաղական առարկա բերենք մեկ այլ (չեզոք) մետաղական առարկա:

Շփվելիս չեզոք օբյեկտի ազատ էլեկտրոնները կձգվեն դեպի դրական լիցքավորվածը, և դրանցից մի քանիսը կփոխանցվեն դրան: Քանի որ երկրորդ օբյեկտն այժմ չունի բացասական լիցքավորված էլեկտրոնների որոշակի քանակ, այն ձեռք է բերում դրական լիցք։ Այս գործընթացը կոչվում է էլեկտրիֆիկացում էլեկտրական հաղորդունակության պատճառով:

Այժմ դրական լիցքավորված առարկան մոտեցնենք չեզոք մետաղյա ձողին, բայց այնպես, որ դրանք չդիպչեն։ Թեև էլեկտրոնները չեն հեռանա մետաղյա ձողից, այնուամենայնիվ, նրանք շարժվելու են դեպի լիցքավորված առարկան. Դրական լիցք կառաջանա ձողի հակառակ ծայրում (նկ. 22.4): Այս դեպքում ասում են, որ մետաղյա ձողի ծայրերում լիցք է առաջանում (կամ առաջանում): Իհարկե, նոր լիցքեր չեն առաջանում. լիցքերը պարզապես անջատվել են, բայց ընդհանուր առմամբ ձողը մնացել է էլեկտրականորեն չեզոք։ Այնուամենայնիվ, եթե մենք հիմա ձողը խաչաձև կտրեինք մեջտեղում, կստանանք երկու լիցքավորված առարկա՝ մեկը բացասական լիցքով, մյուսը՝ դրական լիցքով:

Դուք կարող եք նաև լիցք հաղորդել մետաղական առարկային՝ այն մետաղալարով միացնելով գետնին (կամ, օրինակ, գետնին մտնող ջրի խողովակին), ինչպես ցույց է տրված Նկ. 22.5, ա. Նշվում է, որ թեման հիմնավորված է: Իր ահռելի չափերի պատճառով Երկիրն ընդունում և զիջում է էլեկտրոնները. այն հանդես է գալիս որպես լիցքավորման ջրամբար։ Եթե ​​լիցքավորված, ասենք, բացասական առարկան մոտեցնեք մետաղին, ապա մետաղի ազատ էլեկտրոնները կվանվեն, և շատերը մետաղալարի երկայնքով կմտնեն գետնին (նկ. 22.5,6): Մետաղը դրական լիցքավորված կլինի։ Եթե ​​դուք այժմ անջատեք մետաղալարը, մետաղի վրա կմնա դրական լիցք: Բայց եթե դա անեք այն բանից հետո, երբ բացասական լիցքավորված առարկան հեռացվի մետաղից, ապա բոլոր էլեկտրոնները ժամանակ կունենան հետ վերադառնալու, և մետաղը կմնա էլեկտրականորեն չեզոք:

Էլեկտրական լիցքը հայտնաբերելու համար օգտագործվում է էլեկտրոսկոպ (կամ պարզ էլեկտրաչափ):

Ինչպես երևում է Նկ. 22.6 կազմված է մարմնից, որի ներսում կան երկու շարժական տերեւ՝ հաճախ ոսկուց։ (Երբեմն միայն մեկ տերեւն է դառնում շարժական։) Տերեւները ամրացվում են մետաղյա ձողի վրա, որը մեկուսացված է մարմնից եւ արտաքինից ավարտվում է մետաղյա գնդիկով։ Եթե ​​լիցքավորված առարկան մոտեցնում եք գնդակին, ապա ձողի մեջ լիցքերի տարանջատում է տեղի ունենում (նկ. 22.7, ա), տերևները պարզվում է, որ լիցքավորված են և վանում են միմյանց, ինչպես ցույց է տրված նկարում։

Դուք կարող եք ամբողջությամբ լիցքավորել ձողը էլեկտրական հաղորդունակության շնորհիվ (նկ. 22.7, բ): Ամեն դեպքում, որքան մեծ է լիցքը, այնքան տերեւները շեղվում են։

Նկատի ունեցեք, սակայն, որ լիցքի նշանը չի կարող որոշվել այս կերպ. բացասական լիցքը տերևները կբաժանի ճիշտ նույն հեռավորության վրա, ինչ հավասար դրական լիցքը: Եվ այնուամենայնիվ, լիցքի նշանը որոշելու համար կարելի է օգտագործել էլեկտրոսկոպ, դրա համար նախ պետք է ձողին տալ, ասենք, բացասական լիցք (նկ. 22.8, ա): Եթե ​​դուք հիմա բացասական լիցքավորված առարկա բերեք էլեկտրոսկոպի գնդակի մոտ (նկ. 22.8,6), ապա լրացուցիչ էլեկտրոնները կտեղափոխվեն դեպի տերևները, և նրանք ավելի կհեռանան միմյանցից: Ընդհակառակը, եթե գնդակին դրական լիցք բերվի, ապա էլեկտրոնները կհեռանան տերևներից և կմոտենան (նկ. 22.8, գ), քանի որ դրանց բացասական լիցքը կնվազի։

Էլեկտրոսկոպը լայնորեն օգտագործվում էր էլեկտրատեխնիկայի արշալույսին: Շատ զգայուն ժամանակակից էլեկտրաչափերը գործում են նույն սկզբունքով, երբ օգտագործվում են էլեկտրոնային սխեմաներ:

Այս հրատարակությունը հիմնված է Դ. Ջանկոլիի գրքի նյութերի վրա: «Ֆիզիկա երկու հատորում» 1984 Հատոր 2։

Շարունակելի. Համառոտ հետևյալ հրապարակման մասին.

Ուժ Ֆ, որոնց հետ մեկ լիցքավորված մարմին գործում է մեկ այլ լիցքավորված մարմնի վրա, համաչափ է նրանց լիցքերի արտադրյալին Ք 1 և Ք 2 և հակադարձ համեմատական ​​հեռավորության քառակուսին rնրանց միջեւ.

Մեկնաբանություններն ու առաջարկներն ընդունվում են և ողջունվում:

Ռեֆերատ էլեկտրատեխնիկայի մասին

Ավարտեց՝ Ագաֆոնով Ռոման

Լուգայի ագրոարդյունաբերական քոլեջ

Անհնար է գանձման համառոտ սահմանում տալ, որը գոհացուցիչ է բոլոր առումներով։ Մենք սովոր ենք հասկանալի բացատրություններ գտնել շատ բարդ ձևավորումների և գործընթացների համար, ինչպիսիք են ատոմը, հեղուկ բյուրեղները, մոլեկուլների բաշխումն ըստ արագության և այլն։ Բայց ամենատարրական, հիմնարար հասկացությունները, որոնք անբաժանելի են ավելի պարզերի, զուրկ, ըստ այսօր գիտության, որևէ ներքին մեխանիզմից, այլևս չեն կարող հակիրճ բացատրվել գոհացուցիչ կերպով: Հատկապես, եթե առարկաները ուղղակիորեն չեն ընկալվում մեր զգայարաններով: Հենց այս հիմնարար հասկացություններին է վերաբերում էլեկտրական լիցքը:

Եկեք նախ փորձենք պարզել, թե ինչ է էլեկտրական լիցքը, այլ այն, ինչ թաքնված է հայտարարության հետևում. այս մարմինը կամ մասնիկը էլեկտրական լիցք ունի:

Դուք գիտեք, որ բոլոր մարմինները կառուցված են փոքր մասնիկներից, որոնք անբաժանելի են ավելի պարզ (որքան գիտությունն այժմ գիտի) մասնիկները, որոնք, հետևաբար, կոչվում են տարրական: Բոլոր տարրական մասնիկներն ունեն զանգված և դրա շնորհիվ նրանք ձգվում են միմյանց: Համաձայն համընդհանուր ձգողության օրենքի՝ ձգողականության ուժը համեմատաբար դանդաղ է նվազում, քանի որ նրանց միջև հեռավորությունը մեծանում է՝ հակադարձ համեմատական ​​հեռավորության քառակուսու հետ: Բացի այդ, տարրական մասնիկների մեծ մասը, թեև ոչ բոլորը, ունեն միմյանց հետ փոխազդելու մի ուժ, որը նույնպես նվազում է հեռավորության քառակուսու հակադարձ համամասնությամբ, բայց այդ ուժը հսկայական թվով անգամ ավելի մեծ է, քան ձգողության ուժը: . Այսպիսով, ջրածնի ատոմում, որը սխեմատիկորեն ցույց է տրված Նկար 1-ում, էլեկտրոնը ձգվում է դեպի միջուկը (պրոտոն) 1039 անգամ ավելի մեծ ուժով, քան գրավիտացիոն ձգողության ուժը:

Եթե ​​մասնիկները փոխազդում են միմյանց հետ ուժերով, որոնք դանդաղորեն նվազում են հեռավորության աճի հետ և շատ անգամ ավելի մեծ են, քան ձգողականության ուժերը, ապա այս մասնիկները կոչվում են էլեկտրական լիցք: Ինքնին մասնիկները կոչվում են լիցքավորված: Առանց էլեկտրական լիցքի մասնիկներ կան, բայց առանց մասնիկի էլեկտրական լիցք չկա։

Լիցքավորված մասնիկների փոխազդեցությունները կոչվում են էլեկտրամագնիսական: Երբ մենք ասում ենք, որ էլեկտրոնները և պրոտոնները էլեկտրական լիցքավորված են, դա նշանակում է, որ նրանք ունակ են որոշակի տեսակի փոխազդեցության (էլեկտրամագնիսական) և ոչ ավելին: Մասնիկների վրա լիցքի բացակայությունը նշանակում է, որ այն չի հայտնաբերում նման փոխազդեցություններ։ Էլեկտրական լիցքը որոշում է էլեկտրամագնիսական փոխազդեցությունների ինտենսիվությունը, ինչպես զանգվածը որոշում է գրավիտացիոն փոխազդեցությունների ինտենսիվությունը։ Էլեկտրական լիցքը տարրական մասնիկների երկրորդ (զանգվածից հետո) կարևոր հատկանիշն է, որը որոշում է նրանց վարքը շրջակա աշխարհում։

Այսպիսով

Էլեկտրական լիցքը ֆիզիկական սկալյար մեծություն է, որը բնութագրում է մասնիկների կամ մարմինների հատկությունը էլեկտրամագնիսական ուժի փոխազդեցության մեջ մտնելու համար:

Էլեկտրական լիցքը խորհրդանշվում է q կամ Q տառերով։

Ինչպես մեխանիկայում հաճախ օգտագործվում է նյութական կետ հասկացությունը, ինչը հնարավորություն է տալիս զգալիորեն պարզեցնել բազմաթիվ խնդիրների լուծումը, լիցքերի փոխազդեցությունն ուսումնասիրելիս արդյունավետ է կետային լիցք հասկացությունը։ Կետային լիցքը լիցքավորված մարմին է, որի չափերը զգալիորեն փոքր են, քան այս մարմնից դեպի դիտակետ և այլ լիցքավորված մարմիններ հեռավորությունը։ Մասնավորապես, եթե նրանք խոսում են երկու կետային լիցքերի փոխազդեցության մասին, նրանք դրանով իսկ ենթադրում են, որ դիտարկվող երկու լիցքավորված մարմինների միջև հեռավորությունը զգալիորեն ավելի մեծ է, քան դրանց գծային չափերը։

Տարրական մասնիկի էլեկտրական լիցքը հատուկ «մեխանիզմ» չէ մասնիկի մեջ, որը կարող է հեռացվել դրանից, տարրալուծվել իր բաղադրիչ մասերի և նորից հավաքվել: Էլեկտրոնի և այլ մասնիկների վրա էլեկտրական լիցքի առկայությունը նշանակում է միայն նրանց միջև որոշակի փոխազդեցությունների առկայություն:

Բնության մեջ կան հակադիր նշանների լիցքերով մասնիկներ։ Պրոտոնի լիցքը կոչվում է դրական, իսկ էլեկտրոնի լիցքը՝ բացասական։ Մասնիկի վրա լիցքի դրական նշանը, իհարկե, չի նշանակում, որ այն ունի հատուկ առավելություններ։ Երկու նշանների լիցքերի ներմուծումը պարզապես արտահայտում է այն փաստը, որ լիցքավորված մասնիկները կարող են և՛ գրավել, և՛ վանել։ Եթե ​​լիցքի նշանները նույնն են, ապա մասնիկները վանում են, իսկ եթե լիցքավորման նշանները տարբեր են, նրանք ձգում են։

Երկու տեսակի էլեկտրական լիցքերի գոյության պատճառները ներկայումս բացատրություն չունեն։ Ամեն դեպքում, դրական և բացասական լիցքերի միջև հիմնարար տարբերություններ չեն հայտնաբերվել։ Եթե ​​մասնիկների էլեկտրական լիցքերի նշանները փոխվեին հակառակը, ապա բնության մեջ էլեկտրամագնիսական փոխազդեցությունների բնույթը չէր փոխվի։

Դրական և բացասական լիցքերը շատ լավ հավասարակշռված են Տիեզերքում: Եվ եթե Տիեզերքը վերջավոր է, ապա նրա ընդհանուր էլեկտրական լիցքը, ամենայն հավանականությամբ, հավասար է զրոյի:

Ամենաուշագրավն այն է, որ բոլոր տարրական մասնիկների էլեկտրական լիցքը խիստ նույնն է մեծությամբ։ Կա նվազագույն լիցք, որը կոչվում է տարրական, որը ունեն բոլոր լիցքավորված տարրական մասնիկները: Լիցքը կարող է լինել դրական, ինչպես պրոտոնը, կամ բացասական, ինչպես էլեկտրոնը, բայց լիցքի մոդուլը բոլոր դեպքերում նույնն է։

Անհնար է լիցքի մի մասն առանձնացնել, օրինակ, էլեկտրոնից։ Սա թերեւս ամենազարմանալին է։ Ոչ մի ժամանակակից տեսություն չի կարող բացատրել, թե ինչու են բոլոր մասնիկների լիցքերը նույնը, և ի վիճակի չէ հաշվարկել նվազագույն էլեկտրական լիցքի արժեքը: Այն որոշվում է փորձարարական՝ օգտագործելով տարբեր փորձեր։

1960-ականներին, երբ նոր հայտնաբերված տարրական մասնիկների թիվը սկսեց տագնապալի աճել, ենթադրվեց, որ բոլոր ուժեղ փոխազդող մասնիկները կոմպոզիտային են: Ավելի հիմնարար մասնիկները կոչվում էին քվարկներ: Ուշագրավն այն էր, որ քվարկները պետք է ունենան կոտորակային էլեկտրական լիցք՝ տարրական լիցքի 1/3 և 2/3: Պրոտոններ և նեյտրոններ կառուցելու համար բավարար են երկու տեսակի քվարկներ։ Իսկ դրանց առավելագույն թիվը, ըստ երեւույթին, չի գերազանցում վեցը։

Լիցքի անխուսափելի արտահոսքի պատճառով անհնար է ստեղծել էլեկտրական լիցքի միավորի մակրոսկոպիկ ստանդարտ, որը նման է երկարության ստանդարտին՝ մետրին: Բնական կլիներ էլեկտրոնի լիցքն ընդունել որպես մեկ (այժմ դա արվում է ատոմային ֆիզիկայում): Բայց Կուլոնի ժամանակ բնության մեջ էլեկտրոնների գոյությունը դեռ հայտնի չէր։ Բացի այդ, էլեկտրոնի լիցքը չափազանց փոքր է և, հետևաբար, դժվար է օգտագործել որպես ստանդարտ:

Միավորների միջազգային համակարգում (SI) լիցքի միավորը՝ կուլոնը, սահմանվում է՝ օգտագործելով հոսանքի միավորը.

1 կուլոն (C) հաղորդիչի խաչմերուկով անցնող լիցքն է 1 վրկ-ում 1 Ա հոսանքի դեպքում։

1 C լիցքը շատ մեծ է։ 1 կմ հեռավորության վրա գտնվող երկու նման լիցքեր իրար կվանեն մի փոքր ավելի փոքր ուժով, քան այն ուժը, որով գլոբուսը ձգում է 1 տոննա կշռող բեռ: Հետևաբար, անհնար է 1 C լիցք հաղորդել փոքր մարմնին (մոտ. մի քանի մետր չափսերով): Իրարից վանելով՝ լիցքավորված մասնիկները չեն կարողանա մնալ այդպիսի մարմնի վրա։ Բնության մեջ չկան այլ ուժեր, որոնք ի վիճակի կլինեն փոխհատուցել Կուլոնի վանումը այս պայմաններում: Բայց հաղորդիչում, որն ընդհանուր առմամբ չեզոք է, դժվար չէ շարժման մեջ դնել 1 C լիցք: Իրոք, 127 Վ լարման դեպքում 100 Վտ հզորությամբ սովորական լամպի մեջ հաստատվում է հոսանք, որը մի փոքր պակաս է 1 Ա-ից: Միևնույն ժամանակ, 1 վայրկյանում խաչի միջով անցնում է գրեթե 1 C-ի հավասար լիցք: - դիրիժորի հատվածը.

Էլեկտրաչափը օգտագործվում է էլեկտրական լիցքերը հայտնաբերելու և չափելու համար: Էլեկտրաչափը բաղկացած է մետաղյա ձողից և ցուցիչից, որը կարող է պտտվել հորիզոնական առանցքի շուրջ (նկ. 2): Սլաքով ձողը ամրացվում է պլեքսիգլասի թևի մեջ և տեղադրվում է գլանաձև մետաղական պատյանում՝ փակված ապակե ծածկոցներով։

Էլեկտրաչափի շահագործման սկզբունքը. Եկեք դրական լիցքավորված ձողը հպենք էլեկտրամետրի ձողին։ Կտեսնենք, որ էլեկտրաչափի սլաքը որոշակի անկյան տակ է շեղվում (տե՛ս նկ. 2): Սլաքի պտույտը բացատրվում է նրանով, որ երբ լիցքավորված մարմինը շփվում է էլեկտրաչափի ձողի հետ, էլեկտրական լիցքերը բաշխվում են սլաքի և ձողի երկայնքով։ Ձողի և սլաքի էլեկտրական լիցքերի միջև գործող վանող ուժերը ստիպում են ցուցիչը պտտվել: Եկեք նորից էլեկտրիֆիկացնենք էբոնիտային ձողը և դրանով նորից հպենք էլեկտրամետրի ձողին։ Փորձը ցույց է տալիս, որ ձողի վրա էլեկտրական լիցքի ավելացման հետ մեկտեղ սլաքի շեղման անկյունը ուղղահայաց դիրքից մեծանում է: Հետևաբար, էլեկտրամետրի ասեղի շեղման անկյան տակ կարելի է դատել էլեկտրամետրի ձողին փոխանցված էլեկտրական լիցքի արժեքը։

Բոլոր հայտնի փորձարարական փաստերի ամբողջությունը թույլ է տալիս մեզ ընդգծել լիցքի հետևյալ հատկությունները.

Գոյություն ունեն երկու տեսակի էլեկտրական լիցքեր, որոնք պայմանականորեն կոչվում են դրական և բացասական: Դրական լիցքավորված մարմիններն այն մարմիններն են, որոնք այլ լիցքավորված մարմինների վրա գործում են այնպես, ինչպես մետաքսի հետ շփման արդյունքում էլեկտրականացված ապակին: Այն մարմինները, որոնք գործում են այնպես, ինչպես էբոնիտը, որը էլեկտրականացած է բրդի հետ շփման արդյունքում, կոչվում են բացասական լիցքավորված։ Ապակու վրա առաջացող լիցքերի համար «դրական», իսկ էբոնիտի լիցքերի համար՝ «բացասական» անվան ընտրությունը լրիվ պատահական է։

Լիցքերը կարող են փոխանցվել (օրինակ՝ անմիջական շփման միջոցով) մի մարմնից մյուսը։ Ի տարբերություն մարմնի զանգվածի՝ էլեկտրական լիցքը տվյալ մարմնի անբաժան հատկանիշը չէ։ Նույն մարմինը տարբեր պայմաններում կարող է ունենալ տարբեր լիցք:

Էլեկտրական լիցքը ֆիզիկական մեծություն է, որը բնութագրում է մասնիկների կամ մարմինների հատկությունը էլեկտրամագնիսական ուժի փոխազդեցության մեջ մտնելու համար: Էլ զ. սովորաբար նշվում է q կամ Q տառերով: Բոլոր հայտնի փորձարարական փաստերի ամբողջությունը թույլ է տալիս մեզ անել հետևյալ եզրակացությունները.

Գոյություն ունեն երկու տեսակի էլեկտրական լիցքեր, որոնք պայմանականորեն կոչվում են դրական և բացասական:

Լիցքերը կարող են փոխանցվել (օրինակ՝ անմիջական շփման միջոցով) մի մարմնից մյուսը։ Ի տարբերություն մարմնի զանգվածի՝ էլեկտրական լիցքը տվյալ մարմնի անբաժան հատկանիշը չէ։ Նույն մարմինը տարբեր պայմաններում կարող է ունենալ տարբեր լիցք:

Ինչպես լիցքերը վանում են, ի տարբերություն լիցքերի՝ գրավում են։ Սա նաև բացահայտում է էլեկտրամագնիսական և գրավիտացիոն ուժերի միջև հիմնարար տարբերությունը: Գրավիտացիոն ուժերը միշտ գրավիչ ուժեր են:

Բնության հիմնարար օրենքներից մեկը փորձարարորեն հաստատվածն է էլեկտրական լիցքի պահպանման օրենքը .

Մեկուսացված համակարգում բոլոր մարմինների լիցքերի հանրահաշվական գումարը մնում է հաստատուն.

ք 1 + ք 2 + ք 3 + ... +qn= կոնստ.

Էլեկտրական լիցքի պահպանման օրենքը ասում է, որ մարմինների փակ համակարգում միայն մեկ նշանի լիցքերի ստեղծման կամ անհետացման գործընթացներ չեն կարող դիտարկվել։

Ժամանակակից տեսանկյունից լիցքակիրները տարրական մասնիկներ են։ Բոլոր սովորական մարմինները կազմված են ատոմներից, որոնք ներառում են դրական լիցքավորված պրոտոններ, բացասական լիցքավորված էլեկտրոններ և չեզոք մասնիկներ՝ նեյտրոններ։ Պրոտոններն ու նեյտրոնները ատոմային միջուկների մի մասն են, էլեկտրոնները կազմում են ատոմների էլեկտրոնային թաղանթը։ Պրոտոնի և էլեկտրոնի էլեկտրական լիցքերը մեծությամբ նույնն են և հավասար են տարրական լիցքին ե.

Չեզոք ատոմում միջուկի պրոտոնների թիվը հավասար է թաղանթի էլեկտրոնների թվին։ Այս համարը կոչվում է ատոմային համարը . Տվյալ նյութի ատոմը կարող է կորցնել մեկ կամ մի քանի էլեկտրոն կամ ստանալ լրացուցիչ էլեկտրոն։ Այս դեպքերում չեզոք ատոմը վերածվում է դրական կամ բացասական լիցքավորված իոնի։

Լիցքը կարող է փոխանցվել մի մարմնից մյուսին միայն այն մասերում, որոնք պարունակում են տարրական լիցքերի ամբողջ թիվ: Այսպիսով, մարմնի էլեկտրական լիցքը կազմում է դիսկրետ քանակություն:

Ֆիզիկական մեծությունները, որոնք կարող են վերցնել միայն որոշակի արժեքների շարք, կոչվում են քվանտացված . Տարրական լիցքավորում եէլեկտրական լիցքի քվանտ է (ամենափոքր մասը): Հարկ է նշել, որ տարրական մասնիկների ժամանակակից ֆիզիկայում ենթադրվում է, այսպես կոչված, քվարկների առկայություն՝ կոտորակային լիցք ունեցող մասնիկներ և, սակայն, քվարկներն ազատ վիճակում դեռ չեն նկատվել։

Ընդհանուր լաբորատոր փորձարկումներում ա էլեկտրաչափ - սարք, որը բաղկացած է մետաղյա ձողից և ցուցիչից, որը կարող է պտտվել հորիզոնական առանցքի շուրջ:

Էլեկտրաչափը բավականին կոպիտ գործիք է. այն թույլ չի տալիս ուսումնասիրել լիցքերի փոխազդեցության ուժերը։ Անշարժ լիցքերի փոխազդեցության օրենքը առաջին անգամ հայտնաբերել է ֆրանսիացի ֆիզիկոս Կ. Կուլոնը 1785 թվականին: Իր փորձերում Կուլոնը չափել է լիցքավորված գնդակների ձգողականության և վանման ուժերը՝ օգտագործելով իր նախագծած սարքը՝ ոլորման հավասարակշռությունը (նկ. 1.1.2): ), որն աչքի էր ընկնում չափազանց բարձր զգայունությամբ։ Օրինակ, հավասարակշռության ճառագայթը պտտվել է 1°-ով 10–9 Ն կարգի ուժի ազդեցությամբ։

Չափումների գաղափարը հիմնված էր Կուլոնի փայլուն ենթադրության վրա, որ եթե լիցքավորված գնդակը շփվի հենց նույն չլիցքավորվածի հետ, ապա առաջինի լիցքը հավասարապես կբաժանվի նրանց միջև։ Այսպիսով, մատնանշվեց գնդակի լիցքը երկու, երեք և այլն փոխելու միջոց։ Կուլոնի փորձերի ժամանակ չափվել է գնդակների փոխազդեցությունը, որոնց չափերը շատ ավելի փոքր էին, քան նրանց միջև եղած հեռավորությունը։ Նման լիցքավորված մարմինները սովորաբար կոչվում են կետային վճարներ.

Կետային լիցքը լիցքավորված մարմին է, որի չափերը կարող են անտեսվել այս խնդրի պայմաններում։

Այնտեղ կան նաեւ:գծային լիցք t(tau)=dq/dl, l-երկարություն, dq-թելի լիցք

Մակերեւութային լիցք՝ σ =dq/ds s-մակերեսի մակերես (բջիջ/մ 2)

Ծավալային լիցք p(ro)=dq/dv (բջջ/մ3)

Փոխազդեցության ուժերը ենթարկվում են Նյուտոնի երրորդ օրենքին. դրանք վանող ուժեր են՝ լիցքի նույն նշաններով և գրավիչ ուժեր՝ տարբեր նշաններով (նկ. 1.1.3): Անշարժ էլեկտրական լիցքերի փոխազդեցությունը կոչվում է էլեկտրաստատիկ կամ Կուլոն փոխազդեցություն. Էլեկտրադինամիկայի այն ճյուղը, որն ուսումնասիրում է Կուլոնի փոխազդեցությունը, կոչվում է էլեկտրաստատիկ .

Կուլոնի օրենքը գործում է կետային լիցքավորված մարմինների համար։ Գործնականում Կուլոնի օրենքը լավ է բավարարվում, եթե լիցքավորված մարմինների չափերը շատ ավելի փոքր են, քան նրանց միջև եղած հեռավորությունը։

Համաչափության գործոն կԿուլոնի օրենքում կախված է միավորների համակարգի ընտրությունից։ Միջազգային SI համակարգում լիցքավորման միավորը ընդունվում է որպես կախազարդ(Cl):

Կախազարդհաղորդիչի խաչմերուկով 1 վրկ-ում 1 Ա հոսանքով անցնող լիցք է: SI-ում հոսանքի միավորը (ամպերը) երկարության, ժամանակի և զանգվածի միավորների հետ միասին է: հիմնական չափման միավոր.

Գործակից կ SI համակարգում սովորաբար գրվում է այսպես.

Փորձը ցույց է տալիս, որ Կուլոնի փոխազդեցության ուժերը ենթարկվում են սուպերպոզիցիայի սկզբունքին։

Եթե ​​լիցքավորված մարմինը միաժամանակ փոխազդում է մի քանի լիցքավորված մարմինների հետ, ապա տվյալ մարմնի վրա ազդող ուժը հավասար է բոլոր մյուս լիցքավորված մարմիններից այս մարմնի վրա ազդող ուժերի վեկտորային գումարին։

Սուպերպոզիցիայի սկզբունքը բնության հիմնարար օրենք է։ Այնուամենայնիվ, դրա օգտագործումը որոշակի զգուշություն է պահանջում, երբ մենք խոսում ենք վերջավոր չափերի լիցքավորված մարմինների փոխազդեցության մասին (օրինակ՝ երկու հաղորդող լիցքավորված գնդակներ 1 և 2)։ Եթե ​​երրորդ լիցքավորված գնդակը բերվի երկու լիցքավորված գնդակների համակարգ, ապա 1-ի և 2-ի փոխազդեցությունը կփոխվի վճարի վերաբաշխում.

Սուպերպոզիցիայի սկզբունքը նշում է, որ երբ տրված (ֆիքսված) վճարի բաշխումԲոլոր մարմինների վրա ցանկացած երկու մարմինների միջև էլեկտրաստատիկ փոխազդեցության ուժերը կախված չեն այլ լիցքավորված մարմինների առկայությունից: