პანელები
ელექტრო დამუხტვა და მისი ტიპები. ელექტრული მუხტის ფიზიკური არსი

ელექტრო დამუხტვა და მისი ტიპები. ელექტრული მუხტის ფიზიკური არსი

ელექტრული მუხტი არის ფიზიკური სიდიდე, რომელიც ახასიათებს სხეულებს შორის ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების ინტენსივობას. ელექტრული მუხტი თავისთავად არ არსებობს; მისი გადამზიდავი შეიძლება იყოს მხოლოდ მატერიის ნაწილაკი.

ძირითადი თვისებები

1. ორმაგობა: ბუნებაში არის ორი ნიშნის მუხტი, როგორიცაა მუხტების მოგერიება, საპირისპირო მუხტების მიზიდვა. ამასთან დაკავშირებით პირობითი მუხტები იყოფა დადებით და უარყოფითად.

აბრეშუმზე ან ქაღალდზე გახეხილი შუშის ღეროს მუხტს დადებითი ეწოდება.

უარყოფითი - მუხტი, რომელსაც ფლობს ქარვის ან ებონიტის ჯოხი ბეწვზე ან მატყლს.

2. კვანტიზაცია: თუ ფიზიკური სიდიდე იღებს მხოლოდ გარკვეულ დისკრეტულ მნიშვნელობებს, ამბობენ, რომ არის კვანტური (დისკრეტული). გამოცდილება გვიჩვენებს, რომ ნებისმიერი ელექტრული მუხტი კვანტურია, ე.ი. შედგება ელემენტარული მუხტების მთელი რიცხვისაგან.

სადაც =1,2,... მთელი რიცხვი; e =1,6·1 -19 C - ელემენტარული მუხტი.

ელექტრონს აქვს ყველაზე პატარა (ელემენტარული) უარყოფითი მუხტი, პროტონს აქვს დადებითი მუხტი.

1 კულონი არის მუხტი, რომელიც გადის გამტარის კვეთაზე ერთ წამში, როდესაც გამტარში ერთი ამპერის პირდაპირი დენი მიედინება.

3. მუხტის კონსერვაცია.

ელექტრული მუხტი შეიძლება გაქრეს და ხელახლა გამოჩნდეს მხოლოდ წყვილებში. თითოეულ ასეთ წყვილში მუხტები ტოლია სიდიდით და საპირისპირო ნიშნით. მაგალითად, ელექტრონი და პოზიტრონი ანადგურებენ, როდესაც ისინი ხვდებიან, ე.ი. გადაიქცევა ნეიტრალურ g - ფოტონებად და მუხტები –e და +e ქრება. პროცესის დროს, რომელსაც ეწოდება წყვილი წარმოება, g ფოტონი, რომელიც შედის ატომის ბირთვის ველში, გადაიქცევა ნაწილაკების წყვილად, ელექტრონად და პოზიტრონად და წარმოიქმნება მუხტები +e და –e.

მუხტის შენარჩუნების კანონი:იზოლირებულ სისტემაში მუხტების ალგებრული ჯამი მუდმივი რჩება სისტემის ყველა ცვლილებისთვის.

იზოლირებულიარის სხეულთა სისტემა, რომელიც არ ცვლის მუხტს გარე გარემოსთან.

4. უცვლელობადამუხტვა სხვადასხვა ინერციულ საცნობარო სისტემაზე.

გამოცდილება აჩვენებს, რომ მუხტის სიდიდე არ არის დამოკიდებული დამუხტული სხეულის მოძრაობის სიჩქარეზე. ერთი და იგივე მუხტი, რომელიც იზომება სხვადასხვა ინერციულ საანგარიშო ჩარჩოებში, იგივეა.

5. ადიტიურობა: .

გადასახადების კლასიფიკაცია.

დამუხტული სხეულის ზომიდან გამომდინარე, მუხტები იყოფა წერტილებად და გაფართოებულებად.

· წერტილის მუხტი არის დამუხტული სხეული, რომლის ზომები შეიძლება უგულებელვყოთ ამ პრობლემის პირობებში.

· გაფართოებული არის სხეულის მუხტი, რომლის ზომების უგულებელყოფა შეუძლებელია ამ პრობლემის პირობებში. გაფართოებული მუხტები იყოფა ხაზოვან, ზედაპირულ და მოცულობად.

გარე ელექტროენერგიის გავლენის ქვეშ წონასწორობის პოზიციასთან შედარებით გადაადგილების უნარით. ველები, გადასახადები პირობითად იყოფა თავისუფალ, შეზღუდულ და გარედან.

უფასოეწოდება მუხტები, რომლებსაც შეუძლიათ თავისუფლად გადაადგილება სხეულში გარე ელექტროენერგიის გავლენის ქვეშ. ველები.

დაკავშირებულიეწოდება მუხტები, რომლებიც შედიან დიელექტრიკული მოლეკულების შემადგენლობაში, რომლებიც ელექტროენერგიის გავლენის ქვეშ. ველებს შეუძლიათ მხოლოდ წონასწორული პოზიციიდან გადაადგილება, მაგრამ მოლეკულის დატოვება არ შეუძლიათ.

Მესამე ნაწილიეწოდება მუხტები, რომლებიც მდებარეობს დიელექტრიკზე, მაგრამ არა მისი მოლეკულების ნაწილი.

კანონი, რომელიც არეგულირებს წერტილოვან მუხტებს შორის ურთიერთქმედების ძალას, ექსპერიმენტულად შეიქმნა 1785 წელს. გულსაკიდი.

კულონის კანონი: ორ სტაციონარულ წერტილოვან მუხტს შორის ურთიერთქმედების ძალა პირდაპირპროპორციულია მუხტებისა, უკუპროპორციულია მათ შორის მანძილის კვადრატისა, მიმართულია მუხტების დამაკავშირებელი სწორი ხაზის გასწვრივ და დამოკიდებულია გარემოზე, რომელშიც ისინი მდებარეობს.

სადაც q 1, q 2 - დატენვის ღირებულებები; r არის მანძილი მუხტებს შორის;

8.85 1 -12 C 2 / (N m 2) - ელექტრული მუდმივი,

e არის საშუალო დიელექტრიკული მუდმივი.

ნივთიერების დიელექტრიკული მუდმივი გვიჩვენებს, რამდენჯერ ნაკლებია მოცემულ დიელექტრიკში მუხტებს შორის ურთიერთქმედების ძალა, ვიდრე ვაკუუმში, ვაკუუმი = 1, არის განზომილებიანი სიდიდე.

მოდით ავხსნათ ამ შესუსტების მიზეზი დიელექტრიკით გარშემორტყმული დამუხტული ბურთის გათვალისწინებით. ბურთის ველი ორიენტირებს დიელექტრიკის მოლეკულებზე და უარყოფითი შეკრული მუხტები ჩნდება ბურთის მიმდებარე დიელექტრიკის ზედაპირზე.

დიელექტრიკის ნებისმიერ წერტილში ველი შეიქმნება ორი საპირისპიროდ დამუხტული სფეროებით: ბურთის ზედაპირი, დადებითად დამუხტული და მის მიმდებარე დიელექტრიკის უარყოფითად დამუხტული ზედაპირი, ხოლო შეკრული მუხტების ველი გამოკლებულია ველს. უფასო გადასახადი და მთლიანი ველი იქნება უფრო სუსტი ვიდრე ერთი ბურთის ველი.

1. ელექტროსტატიკური ველის სიძლიერე. ელექტრული ველების სუპერპოზიციის პრინციპი. ვექტორული ნაკადი.

ნებისმიერი მუხტი ცვლის მიმდებარე სივრცის თვისებებს – ქმნის მასში ელექტრულ ველს.

ელექტრული ველი არის ელექტრული მუხტების გარშემო არსებული მატერიის არსებობის ერთ-ერთი ფორმა. ეს ველი გამოიხატება იმაში, რომ ნებისმიერ წერტილში მოთავსებული ელექტრული მუხტი ძალის გავლენის ქვეშ იმყოფება.

ელექტრული ველის კონცეფცია მეცნიერებაში მე-19 საუკუნის 30-იან წლებში შემოიტანეს ინგლისელმა მეცნიერებმა მაიკლ ფარადეიმ.

ფარადეის მიხედვით, ყოველი ელექტრული მუხტი გარშემორტყმულია მის მიერ შექმნილი ელექტრული ველით, ამიტომ ასეთ მუხტს ზოგჯერ წყაროს მუხტს უწოდებენ. მუხტს, რომლითაც შეისწავლება წყაროს მუხტის ველი, ეწოდება საცდელი მუხტი.

იმისათვის, რომ საცდელ მუხტზე მოქმედმა ძალამ დაახასიათოს ველი მოცემულ წერტილში; სატესტო გადასახადი უნდა იყოს ქულა.

წერტილის დატენვაეწოდება დამუხტულ სხეულს, რომლის ზომების უგულებელყოფა შესაძლებელია ამ პრობლემის პირობებში, ე.ი. რომელთა ზომები მცირეა სხვა სხეულების მანძილებთან შედარებით, რომლებთანაც იგი ურთიერთქმედებს. ამ შემთხვევაში, საცდელი მუხტის საკუთარი ელექტრული ველი უნდა იყოს იმდენად მცირე, რომ არ შეცვალოს წყაროს მუხტის ველი. რაც უფრო მცირეა დამუხტული სხეულის ზომა და რაც უფრო სუსტია მისი საკუთარი ველი წყაროს მუხტის ველთან შედარებით, მით უფრო ზუსტად აკმაყოფილებს ეს დამუხტული სხეული საცდელი დატენვის პირობას.

ელექტრული ველი ვაკუუმში ვრცელდება c = 3·1 8 სიჩქარით.

სტაციონარული ელექტრული მუხტების ველი ელექტროსტატიკურია.

საცდელი მუხტის გამოყენებით ვიკვლევთ სტაციონარული მუხტის მიერ შექმნილ ველს - წყაროს.

ველის მოცემულ წერტილში საცდელ მუხტზე მოქმედი ძალა დამოკიდებულია საცდელი მუხტის ზომაზე. თუ ავიღებთ სხვადასხვა სატესტო მუხტს, მაშინ ველის მოცემულ წერტილში მათზე მოქმედი ძალა განსხვავებული იქნება.

ამასთან, ძალის შეფარდება საცდელი მუხტის სიდიდესთან მუდმივი რჩება და ახასიათებს თავად ველს. ამ თანაფარდობას ეწოდება ელექტრული ველის სიძლიერე მოცემულ წერტილში.

ელექტრული ველის სიძლიერეარის ვექტორული სიდიდე, რომელიც რიცხობრივად ტოლია იმ ძალისა, რომლითაც ველი მოქმედებს ერთეული დადებითი ტესტის მუხტზე ველის მოცემულ წერტილში და თანამიმართულებულია ამ ძალასთან.

სიძლიერე ველის მთავარი მახასიათებელია და მთლიანად ახასიათებს ველს სიდიდისა და მიმართულების თითოეულ წერტილში.

წერტილის მუხტის ველის სიძლიერე.

კულონის კანონის მიხედვით

არის წერტილის მუხტის ელექტრული ველის სიძლიერე ამ მუხტიდან r მანძილზე.

მოსახერხებელია ელექტრული ველის გრაფიკულად გამოსახვა ეგრეთ წოდებული ძალის ხაზების ან დაძაბულობის ხაზების გამოსახულების გამოყენებით.

დაძაბულობის ხაზიარის წრფე, რომლის ტანგენსი თითოეულ წერტილში ემთხვევა დაძაბულობის ვექტორს ამ წერტილში.

სტაციონარული მუხტებით შექმნილი ველის სიძლიერის ხაზები ყოველთვის იწყება და მთავრდება მუხტებზე (ან უსასრულობაში) და არასოდეს იკეტება. უფრო ძლიერი ველი წარმოდგენილია უფრო მჭიდროდ განლაგებული დაძაბულობის ხაზებით. ხაზების სიმკვრივე არჩეულია ისე, რომ ხაზების რაოდენობა, რომლებიც ხვრევენ უბნის ერთეულ ზედაპირს ხაზებზე პერპენდიკულარულად, ტოლი იყოს ვექტორის რიცხვითი მნიშვნელობის. დაძაბულობის ხაზები არასოდეს იკვეთება, რადგან... მათი გადაკვეთა ნიშნავს ველის სიძლიერის ვექტორის ორ სხვადასხვა მიმართულებას ერთსა და იმავე წერტილში, რაც აზრი არ აქვს.

ველს, რომელშიც ინტენსივობა ყველა წერტილში ერთნაირი სიდიდე და მიმართულებაა, ერთგვაროვანი ეწოდება. ასეთ ველში ძალის ხაზები პარალელურია და მათი სიმკვრივე ყველგან ერთნაირია, ე.ი. ისინი განლაგებულია ერთმანეთისგან იმავე მანძილზე.

სუპერპოზიციის პრინციპი.

თუ მოცემულ წერტილში ელექტრული ველი იქმნება რამდენიმე მუხტით, მაშინ მიღებული ველის სიძლიერე უდრის თითოეული მუხტის მიერ ცალკე შექმნილი ველის სიძლიერის ვექტორულ ჯამს.

სუპერპოზიციის პრინციპი არის ექსპერიმენტული ფაქტი, რომელიც მოქმედებს ძალიან ძლიერ ველებამდე. ამავე კანონის მიხედვით, წარმოიქმნება არა მხოლოდ სტატიკური, არამედ სწრაფად ცვალებადი ელექტრომაგნიტური ველები

მოდით ვექტორულ ველში ავირჩიოთ S ზედაპირით შეზღუდული გარკვეული მოცულობა. მოდით დავყოთ ეს ზედაპირი ზომის ელემენტარულ არეებად. .

მიმართული ზედაპირის ელემენტის გათვალისწინება შეიძლება. ზედაპირის მიმართული ელემენტი არის ვექტორი, რომლის სიგრძე უდრის ელემენტის ფართობს და მიმართულება ემთხვევა ამ ელემენტის ნორმალური მიმართულებას. დახურული ზედაპირისთვის აღებულია ზედაპირის გარე ნორმალური. ვინაიდან მიმართულების არჩევა არის თვითნებური (პირობითი), ის შეიძლება იყოს მიმართული ან ერთი მიმართულებით საიტიდან ან მეორეში; ეს არ არის ნამდვილი ვექტორი, არამედ ფსევდო-ვექტორი.

მიმართულების ზედაპირის ელემენტი,

ელემენტარული ზედაპირი.

დაძაბულობის ვექტორის გადინება ელემენტარულ ზედაპირზე dSსკალარული პროდუქტი ეწოდება

სადაც a არის კუთხე ვექტორებს შორის და,

E n - პროექცია ნორმალურ მიმართულებით.

შევაჯამეთ ნაკადები ყველა ელემენტარულ ზონაში, რომლებშიც იყოფა ზედაპირი S, ვიღებთ ვექტორულ ნაკადს S ზედაპირზე.

ვექტორის ნაკადი S ზედაპირზე არის ინტეგრალი

დახურული ზედაპირისთვის.

ვექტორული ნაკადი არის ალგებრული სიდიდე:

ერთიანი ველისთვის

დაძაბულობის ვექტორის ნაკადს შეიძლება მივცეთ მკაფიო გეომეტრიული ინტერპრეტაცია: ის რიცხობრივად უდრის მოცემულ ზედაპირზე გადაკვეთილი დაძაბულობის ხაზების რაოდენობას.

2. გაუსის თეორემა ვექტორული ნაკადისთვის და მისი გამოყენება ვაკუუმში გაფართოებული მუხტების ველების გამოსათვლელად.

წერტილოვანი მუხტის ველის სიძლიერის ცოდნა და სუპერპოზიციის პრინციპის გამოყენებით, შესაძლებელია გამოვთვალოთ რამდენიმე წერტილის მუხტით შექმნილი ველის სიძლიერე. თუმცა, გაფართოებული მუხტებისთვის სუპერპოზიციის პრინციპის გამოყენება რთულია. გაფართოებული მუხტით შექმნილი ველების გამოთვლის მეთოდი შემოგვთავაზა გერმანელმა მეცნიერმა გაუსმა XIX საუკუნის დასაწყისში.

გაუსის თეორემა ელექტროსტატიკური ველისთვის ვაკუუმში.

განვიხილოთ წერტილის მუხტის ველი ვაკუუმში და გამოვთვალოთ სფეროს რადიუსი ზედაპირზე

ველის სიძლიერე სფეროს ზედაპირის ნებისმიერ წერტილში

ელექტროენერგია ყველა მხრიდან გარს გვახვევს. მაგრამ ოდესღაც ეს ასე არ იყო. იმის გამო, რომ სიტყვა თავად მომდინარეობს კონკრეტული მასალის ბერძნული სახელიდან: "ელექტრონი", ბერძნულად "ქარვა". მასთან ერთად ჩაატარეს საინტერესო ექსპერიმენტები, მაგიური ხრიკების მსგავსი. ხალხს ყოველთვის უყვარდა სასწაულები, მაგრამ აქ ქარვის ნაჭერი იზიდავდა მტვრის ყველანაირ ლაქას, ღვეზელებს, ძაფებს, თმებს, როგორც კი მას ნაჭრის ნაჭერი შეახეხებდნენ. ანუ, ამ ოქროს ქვას არ აქვს პატარა „სახელური“, მაგრამ მას შეუძლია ფუმფულა აიღოს.

კონტაქტში

კლასელები

ელექტროენერგიის დაგროვება და მის შესახებ ცოდნა

ელექტროენერგიის ხილული დაგროვება ასევე მოხდა, როდესაც ისინი ქარვისგან დამზადებულ ხელნაკეთობებს ატარებდნენ: ქარვის მძივები, ქარვისფერი თმის სამაგრები. სხვა ახსნა არ არსებობს გარდა აშკარა მაგია, არ შეიძლებოდა ყოფილიყო. ყოველივე ამის შემდეგ, იმისათვის, რომ ილეთი წარმატებული ყოფილიყო, საჭირო იყო მძივების დახარისხება მხოლოდ სუფთა, მშრალი ხელებით და სუფთა ტანსაცმელში ჯდომისას. და სუფთა თმა, კარგად გახეხილი თმის სამაგრით, იძლევა რაღაც ლამაზს და საშინელებას: აწეული თმის ჰალო. და კიდევ ხრაშუნა. და სიბნელეშიც არის ციმციმები. ეს არის სულის მოქმედება, რომელიც მომთხოვნი და კაპრიზული, ასევე საშინელი და გაუგებარია. მაგრამ დადგა დრო და ელექტრული ფენომენები აღარ იყვნენ სულის ტერიტორია.

მათ დაიწყეს ყველაფერს უწოდეს უბრალოდ "ურთიერთქმედება". სწორედ მაშინ დავიწყეთ ექსპერიმენტები. ამისათვის მათ შექმნეს სპეციალური მანქანა (ელექტროფორული მანქანა) და ელექტროენერგიის შესანახი ქილა (ლეიდენის ქილა). და მოწყობილობა, რომელსაც უკვე შეეძლო ეჩვენებინა რაღაც „თანაბარი-მეტი-ნაკლები“ ელექტროენერგიასთან მიმართებაში (ელექტროსკოპი). რჩება მხოლოდ ყველაფრის ახსნაფორმულების მზარდი მძლავრი ენის დახმარებით.

ამრიგად, კაცობრიობამ გამოთქვა საჭიროება აღიაროს გარკვეული ელექტრული მუხტის არსებობა ბუნებაში. სინამდვილეში, სათაური არ შეიცავს რაიმე აღმოჩენას. ფენომენებთან დაკავშირებული ელექტრო საშუალებები რომლის შესწავლაც ქარვის მაგიით დაიწყო. სიტყვა „მუხტი“ საუბრობს მხოლოდ ობიექტში ჩადებულ ბუნდოვან შესაძლებლობებზე, როგორიცაა ქვემეხის ბურთი. უბრალოდ ცხადია, რომ ელექტროენერგია შეიძლება როგორმე გამომუშავდეს და როგორმე შენახულიყო. და როგორმე უნდა გაიზომოს. იგივეა, რაც ჩვეულებრივი ნივთიერება, მაგალითად, ზეთი.

და, ნივთიერებების ანალოგიით, რომელთა უმცირესი ნაწილაკები (ატომები) თავდაჯერებულად იყო საუბარი დემოკრიტეს დროიდან მოყოლებულიდა გადაწყვიტა, რომ მუხტი აუცილებლად უნდა შედგებოდეს მსგავსი ძალიან პატარა „კორპუსკულებისგან“ - სხეულებისგან. რომელთა რაოდენობა დიდ დამუხტულ სხეულში მისცემს ელექტრული მუხტის რაოდენობას.

ელექტრული მუხტი - მუხტის შენარჩუნების კანონი

რა თქმა უნდა, იმ დროს მათ ვერც კი წარმოიდგენდნენ, რამდენი ასეთი ელექტრული „კორპუსკული“ შეიძლება გამოჩნდეს თუნდაც ძალიან პატარა დამუხტულ სხეულში. მაგრამ ელექტრული მუხტის პრაქტიკული ერთეული მაინც იყო საჭირო. და დაიწყეს მისი გამოგონება. გულსაკიდი, რომლის სახელიც მოგვიანებით დაარქვეს ასეთ ერთეულს, როგორც ჩანს, გაზომა მუხტების სიდიდე ლითონის ბურთების გამოყენებით, რომლითაც მან ექსპერიმენტები ჩაატარა, მაგრამ რატომღაც შედარებით. გახსენი ჩემი ცნობილი კულონის კანონი, რომელშიც მან ალგებრულად დაწერა, რომ ძალა, რომელიც მოქმედებს ორ მუხტს შორის q1 და q2 დაშორებით R მანძილით, პროპორციულია მათი ნამრავლისა და უკუპროპორციულია მათ შორის მანძილის კვადრატისა.

კოეფიციენტი კდამოკიდებულია გარემოზე, რომელშიც ხდება ურთიერთქმედება, მაგრამ ვაკუუმში ის უდრის ერთიანობას.

ალბათ, კეპლერისა და ნიუტონის შემდეგ ასეთი საქმის კეთება არც ისე რთული იყო. მანძილის გაზომვა მარტივია. მან ბრალდებები ფიზიკურად დაყო, ერთი ბურთი მეორეზე შეხებით. აღმოჩნდა, რომ ორ იდენტურ ბურთზე, თუ ერთი დამუხტულია და მეორე არა, შეხებისას მუხტი იყოფა ნახევრად - იფანტება ორივე ბურთზე. ამრიგად, მან მიიღო თავდაპირველი უცნობი რაოდენობის q წილადი მნიშვნელობები.

Სწავლა ელექტრული მუხტების ურთიერთქმედება, მან აიღო გაზომვები ბურთებს შორის სხვადასხვა დისტანციაზე, დააფიქსირა გადახრები მის ტორსიონულ ნაშთებზე, რომლებიც მიიღება დამუხტული ბურთების ერთმანეთის მოგერიებისას. როგორც ჩანს, მისი კანონი იყო წმინდა გამარჯვება ალგებრასთვის, რადგან თავად კულონმა არ იცოდა მუხტის საზომი ერთეული "კულონი" და უბრალოდ არ შეეძლო ამის ცოდნა.

კიდევ ერთი გამარჯვება იყო იმ ფაქტის აღმოჩენა, რომ იგივე რაოდენობის q საერთო რაოდენობა ბურთებში, რომელთა დატენვაც მას შეეძლო ამ გზით, ყოველთვის უცვლელი რჩებოდა. ამიტომაც მან ღია კანონს მუხტის შენარჩუნების კანონი უწოდა.

Q = q 1 + q 2 + q 3 + … + q n

ჩვენ პატივი უნდა მივაგოთ მეცნიერის სიზუსტესა და მოთმინებას, ისევე როგორც გამბედაობას, რომლითაც მან გამოაცხადა თავისი კანონები, ისე, რომ არ გვქონდეს ერთეული იმ ოდენობისა, რაც შეისწავლა.

ელექტროენერგიის ნაწილაკი - მინიმალური მუხტი

მხოლოდ მოგვიანებით მიხვდნენ, რომ ელემენტარული, ანუ უმცირესი ელექტრული მუხტი არის... ელექტრონი. მხოლოდ არა ქარვის პატარა ნაჭერი, არამედ გამოუთქმელად პატარა ნაწილაკი, რომელიც სუბსტანცია კი არ არის (თითქმის), მაგრამ რომელიც აუცილებლად არის ნებისმიერ მატერიალურ სხეულში. Და კიდევ ყველა ნივთიერების ყველა ატომში. და არა მხოლოდ ატომებში, არამედ მათ გარშემოც. და ესენი:

რომლებიც ატომებში გვხვდება, შეკრულ ელექტრონებს უწოდებენ.
და ირგვლივ არის თავისუფალი ელექტრონები.

ელექტრონები შეკრულია ატომში, რადგან ატომის ბირთვი ასევე შეიცავს მუხტის ნაწილაკებს - პროტონებს და თითოეული პროტონი აუცილებლად მიიზიდავს ელექტრონს თავისკენ. მხოლოდ კულონის კანონის მიხედვით.

და მუხტი, რომელიც შეგიძლიათ ნახოთ ან იგრძნოთ, შედეგია:

ხახუნი,
დანაზოგი, დაგროვება
ქიმიური რეაქცია,
ელექტრომაგნიტური ინდუქცია,

შედგება მხოლოდ თავისუფალი ელექტრონებისაგან, რომლებიც გამოიდევნეს ატომებიდან სხვადასხვა გაუგებრობის გამო:

სხვა ატომის დარტყმისგან (თერმული ემისია)
სინათლის კვანტური (ფოტოემისია) და სხვა მიზეზების გამო

და ხეტიალი უზარმაზარი მაკროსკოპული სხეულების შიგნით (მაგალითად, თმა).

ელექტრონებისთვის, ჩვენი ობიექტების სხეულები მართლაც უზარმაზარია. მუხტის ერთი ერთეული (კულონი) შეიცავს დაახლოებით ამ რაოდენობის ელექტრონებს: ოდნავ მეტი 624,150,912,514,351,000. ეს ასე ჟღერს: 624 კვადრილონი 150 ტრილიონი 912 მილიარდი 514 მილიონი 351 ათასი ელექტრონი ელექტრული მუხტის ერთ კულონში.

ხოლო გულსაკიდი არის ძალიან მარტივი რაოდენობა და ჩვენთან ახლოს. კულონი იგივე მუხტია ერთ წამში მიედინება გამტარის კვეთაზე, თუ მასში არსებული დენი აქვს ერთი ამპერის ძალა. ანუ, 1 ამპერზე, ყოველ წამზე, მხოლოდ ეს 624 კვადრილონი ... ელექტრონები ციმციმებენ მავთულის განივი მონაკვეთზე.

ელექტრონები იმდენად მოძრავია და ისე სწრაფად მოძრაობენ ფიზიკურ სხეულებში, რომ ისინი მომენტალურად ანთებენ ჩვენს ნათურას, როგორც კი გადამრთველს ვაჭერთ. და ამიტომ ჩვენი ელექტრული ურთიერთქმედება იმდენად სწრაფია, რომ მოვლენები, რომლებსაც „რეკომბინაცია“ ეწოდება, ყოველ წამს ხდება. გაქცეული ელექტრონი პოულობს ატომს, საიდანაც ელექტრონი უბრალოდ გაიქცა და იკავებს მასში თავისუფალ ადგილს.

წამში ასეთი მოვლენების რაოდენობაც არის... ისე, ეს უკვე ყველას წარმოუდგენია. და ეს მოვლენები განუწყვეტლივ მეორდება, როდესაც ელექტრონები ტოვებენ ატომებს და შემდეგ უბრუნდებიან ატომებს. გარბიან და ბრუნდებიან. ეს მათი ცხოვრებაა, ამის გარეშე ისინი უბრალოდ ვერ იარსებებს. და მხოლოდ ამის წყალობით არსებობს ელექტროენერგია - ის სისტემა, რომელიც გახდა ჩვენი ცხოვრების ნაწილი, ჩვენი კომფორტი, ჩვენი კვება და შენარჩუნება.

მიმდინარე მიმართულება. ვინ არის პასუხისმგებელი ჩვენთვის?

ეს მხოლოდ ერთი პატარა კურიოზია, რომელიც ყველამ იცის, მაგრამ არცერთ ფიზიკოსს არ სურს გამოსწორება.

როდესაც კულომმა თავისი ბურთებით ითამაშა, მათ დაინახეს, რომ ორი სახის მუხტი იყო. და ერთი და იგივე ტიპის მუხტები ერთმანეთს მოგერიებენ და სხვადასხვა ტიპის მუხტები იზიდავს ერთმანეთს. ზოგიერთი მათგანის დასახელება ბუნებრივი იყო დადებითი და სხვები უარყოფითი. და დავუშვათ, რომ ელექტრული დენი მიედინება იქიდან, სადაც მეტია იქ, სადაც ნაკლებია. ანუ პლუსიდან მინუსამდე. ასე რომ, ის ფიზიკოსების გონებაში მრავალი თაობის განმავლობაში დარჩა.

მაგრამ მაშინ პირველად აღმოაჩინეს არა ელექტრონები, არამედ იონები. ეს არის ზუსტად ის უნუგეშო ატომები, რომლებმაც დაკარგეს ელექტრონი. რომლის ბირთვში არის "დამატებითი" პროტონი და, შესაბამისად, ისინი დამუხტულია. ჰოდა, ეს რომ აღმოაჩინეს, მაშინვე ამოისუნთქეს და თქვეს - აი, შენ ხარ ჩვენი დადებითი მუხტიო. და პროტონმა მოიპოვა დადებითად დამუხტული ნაწილაკის რეპუტაცია.

შემდეგ მათ გააცნობიერეს, რომ ატომები ყველაზე ხშირად ნეიტრალურია, რადგან ბირთვის ელექტრული მუხტი დაბალანსებულია ბირთვის ირგვლივ მბრუნავი ელექტრონული გარსების მუხტით. ანუ ააგეს ატომის პლანეტარული მოდელი. და მხოლოდ მაშინ გაიგეს, რომ ატომები ქმნიან მთელ (თითქმის) მატერიას, მის მყარ კრისტალურ გისოსს ან მისი თხევადი სხეულის მთელ მასას. ანუ პროტონები ნეიტრონებით მყარად დგანან ატომების ბირთვებში. და არა თქვენი მოწოდებით, როგორც მსუბუქი და მობილური ელექტრონები. შესაბამისად, დენი მიედინება არა პლუსიდან მინუსში, არამედ, პირიქით, მინუსიდან პლუსში.

სიტყვა ელექტროენერგია მომდინარეობს ქარვის ბერძნული სახელიდან - ελεκτρον .
ქარვა არის წიწვოვანი ხეების გაქვავებული ფისი. ძველებმა შეამჩნიეს, რომ თუ ქარვას ნაჭრით გახეხავთ, ის მსუბუქ საგნებს ან მტვერს იზიდავს. ეს ფენომენი, რომელსაც ჩვენ დღეს სტატიკურ ელექტროენერგიას ვუწოდებთ, შეიძლება დავაკვირდეთ ებონიტის ან შუშის ღეროს ან უბრალოდ პლასტმასის სახაზავის ქსოვილს.

პლასტმასის სახაზავი, რომელიც კარგად არის გახეხილი ქაღალდის ხელსახოცით, იზიდავს ქაღალდის პატარა ნაჭრებს (სურ. 22.1). თქვენ შეიძლება გინახავთ სტატიკური ელექტროენერგიის გამონადენი თმის ვარცხნის ან ნეილონის ბლუზის ან პერანგის ახსნის დროს. თქვენ შეიძლება განიცადეთ ელექტრო შოკი, როდესაც შეეხეთ რკინის კარის სახელურს მანქანის სავარძლიდან ადგომის ან სინთეტიკურ ხალიჩაზე სიარულის შემდეგ. ყველა ამ შემთხვევაში ობიექტი ელექტრულ მუხტს ხახუნის გზით იძენს; ისინი ამბობენ, რომ ელექტრიფიკაცია ხდება ხახუნის გზით.

ყველა ელექტრული მუხტი ერთნაირია თუ არის სხვადასხვა ტიპის? გამოდის, რომ არსებობს ორი სახის ელექტრული მუხტი, რაც შეიძლება დადასტურდეს შემდეგი მარტივი ექსპერიმენტით. პლასტმასის სახაზავი შუაზე ჩამოკიდეთ ძაფზე და კარგად შეიზილეთ ქსოვილის ნაჭრით. თუ ახლა მას სხვა ელექტრიფიცირებული მმართველი მოვიყვანთ, აღმოვაჩენთ, რომ მბრძანებლები ერთმანეთს იგერიებენ (სურ. 22.2, ა).
ანალოგიურად, მეორე ელექტრიფიცირებული მინის ღეროს ერთზე მიყვანით, დავაკვირდებით მათ მოგერიებას (სურ. 22.2,6). თუ დამუხტული მინის ღერო მიიტანენ ელექტრიფიცირებულ პლასტმასის სახაზავთან, ისინი მიიზიდავენ (ნახ. 22.2, გ). როგორც ჩანს, მმართველს განსხვავებული სახის მუხტი აქვს, ვიდრე შუშის ღერო.
ექსპერიმენტულად დადგინდა, რომ ყველა დამუხტული ობიექტი იყოფა ორ კატეგორიად: ან იზიდავს პლასტმასს და იზიდავს მინას, ან პირიქით, იზიდავს პლასტმასს და იზიდავს მინას. როგორც ჩანს, არსებობს ორი სახის მუხტი, ერთი და იგივე სახის მუხტი მოგერიება და სხვადასხვა სახის მუხტი იზიდავს. ჩვენ ვამბობთ, რომ მუხტების მსგავსად მოგერიება, და განსხვავებით მუხტები იზიდავს.

ამერიკელმა სახელმწიფო მოხელემ, ფილოსოფოსმა და მეცნიერმა ბენჯამინ ფრანკლინმა (1706-1790) მუხტის ამ ორ ტიპს დადებითი და უარყოფითი უწოდა. აბსოლუტურად არავითარი მნიშვნელობა არ ჰქონდა რა გადასახადს დარეკავდა;
ფრანკლინმა შესთავაზა, რომ ელექტრიფიცირებული მინის ღეროს მუხტი დადებითად ჩაითვალოს. ამ შემთხვევაში პლასტმასის სახაზავზე (ან ქარვაზე) გამოჩენილი მუხტი უარყოფითი იქნება. ეს შეთანხმება დღესაც მოქმედებს.

ფრანკლინის ელექტროენერგიის თეორია ფაქტობრივად იყო "ერთი სითხის" კონცეფცია: დადებითი მუხტი აღიქმებოდა როგორც "ელექტრული სითხის" სიჭარბე მის ნორმალურ შემცველობაზე მოცემულ ობიექტში და უარყოფითი მუხტი, როგორც დეფიციტი. ფრანკლინი ამტკიცებდა, რომ როდესაც რაიმე პროცესის შედეგად წარმოიქმნება გარკვეული მუხტი ერთ სხეულში, საპირისპირო სახის მუხტის იგივე რაოდენობა ერთდროულად წარმოიქმნება მეორე სხეულში. ამიტომ სახელები „დადებითი“ და „უარყოფითი“ უნდა გავიგოთ ალგებრული გაგებით, ისე რომ სხეულების მიერ ნებისმიერ პროცესში შეძენილი მთლიანი მუხტი ყოველთვის ნულის ტოლია.

მაგალითად, როდესაც პლასტმასის სახაზავს ქაღალდის ხელსახოცი ასვამენ, სახაზავი იძენს უარყოფით მუხტს, ხოლო ხელსახოცი თანაბარ დადებით მუხტს. არსებობს ბრალდებების გამიჯვნა, მაგრამ მათი ჯამი ნულის ტოლია.
ეს მაგალითი ასახავს მტკიცედ დამკვიდრებულს ელექტრული მუხტის შენარჩუნების კანონი, რომელშიც ნათქვამია:

ნებისმიერი პროცესის შედეგად მიღებული მთლიანი ელექტრული მუხტი ნულის ტოლია.

ამ კანონიდან გადახრები არასოდეს დაფიქსირებულა, ამიტომ შეიძლება ჩაითვალოს, რომ ის ისეთივე მტკიცედ არის ჩამოყალიბებული, როგორც ენერგიისა და იმპულსის შენარჩუნების კანონები.

ელექტრული მუხტები ატომებში

მხოლოდ გასულ საუკუნეში გაირკვა, რომ ელექტრული მუხტის არსებობის მიზეზი თავად ატომებშია. მოგვიანებით უფრო დეტალურად განვიხილავთ ატომის სტრუქტურას და მის შესახებ იდეების განვითარებას. აქ მოკლედ განვიხილავთ ძირითად იდეებს, რომლებიც დაგვეხმარება უკეთ გავიგოთ ელექტროენერგიის ბუნება.

თანამედროვე კონცეფციების თანახმად, ატომი (გარკვევით გამარტივებული) შედგება მძიმე დადებითად დამუხტული ბირთვისაგან, რომელიც გარშემორტყმულია ერთი ან მეტი უარყოფითად დამუხტული ელექტრონით.
ნორმალურ მდგომარეობაში ატომში დადებითი და უარყოფითი მუხტები ტოლია სიდიდით, ხოლო ატომი მთლიანობაში ელექტრული ნეიტრალურია. თუმცა, ატომს შეუძლია დაკარგოს ან მოიპოვოს ერთი ან მეტი ელექტრონი. მაშინ მისი მუხტი იქნება დადებითი ან უარყოფითი და ასეთ ატომს იონი ეწოდება.

მყარ მდგომარეობაში, ბირთვებს შეუძლიათ ვიბრაცია, დარჩეს ფიქსირებულ პოზიციებთან ახლოს, ხოლო ზოგიერთი ელექტრონი სრულიად თავისუფლად მოძრაობს. ხახუნით ელექტროფიკაცია შეიძლება აიხსნას იმით, რომ სხვადასხვა ნივთიერებებში ბირთვები იკავებენ სხვადასხვა სიძლიერის ელექტრონებს.
როდესაც პლასტმასის სახაზავი, რომელიც ქაღალდის ხელსახოცით არის გახეხილი, იძენს უარყოფით მუხტს, ეს ნიშნავს, რომ ქაღალდის ხელსახოცში ელექტრონები ნაკლებად მჭიდროდ იკავებენ, ვიდრე პლასტმასში და ზოგიერთი მათგანი გადადის ხელსახოციდან სახაზავში. ხელსახოცის დადებითი მუხტი სიდიდით უდრის მმართველის მიერ შეძენილ უარყოფით მუხტს.

როგორც წესი, ხახუნით ელექტრიფიცირებული ობიექტები მხოლოდ გარკვეული ხნით ინარჩუნებენ მუხტს და საბოლოოდ უბრუნდებიან ელექტრულად ნეიტრალურ მდგომარეობას. სად მიდის გადასახადი? ის ჰაერში შემავალ წყლის მოლეკულებზე „ჩაედინება“.
ფაქტია, რომ წყლის მოლეკულები პოლარულია: მიუხედავად იმისა, რომ ზოგადად ისინი ელექტრონულად ნეიტრალურია, მათში მუხტი ერთნაირად არ არის განაწილებული (ნახ. 22.3). მაშასადამე, ელექტრიფიცირებული მმართველიდან ჭარბი ელექტრონები ჰაერში „გადინება“ და მიიზიდავს წყლის მოლეკულის დადებითად დამუხტულ რეგიონს.
მეორეს მხრივ, ობიექტის დადებითი მუხტი განეიტრალება ელექტრონებით, რომლებსაც სუსტად უჭირავთ ჰაერში წყლის მოლეკულები. მშრალ ამინდში სტატიკური ელექტროენერგიის გავლენა ბევრად უფრო შესამჩნევია: ჰაერში ნაკლები წყლის მოლეკულაა და მუხტი ასე სწრაფად არ მიედინება. ნესტიან, წვიმიან ამინდში ნივთი დიდხანს ვერ ინარჩუნებს დამუხტვას.

იზოლატორები და გამტარები

მოდით იყოს ორი ლითონის ბურთი, რომელთაგან ერთი ძლიერ დამუხტულია, მეორე კი ელექტრონულად ნეიტრალური. თუ მათ დავუკავშირებთ, ვთქვათ, რკინის ლურსმანს, დაუმუხტველი ბურთი სწრაფად შეიძენს ელექტრო მუხტს. თუ ორივე ბურთულას ხის ჯოხით ან რეზინის ნაჭერით ერთდროულად შევეხებით, მაშინ ბურთი, რომელსაც მუხტი არ ჰქონდა, დაუცველი დარჩება. ისეთ ნივთიერებებს, როგორიცაა რკინა, ეწოდება ელექტროგამტარები; ხეს და რეზინას უწოდებენ არაგამტარებს, ან იზოლატორებს.

ლითონები ზოგადად კარგი გამტარია; სხვა ნივთიერებების უმეტესობა არის იზოლატორები (თუმცა, იზოლატორები ელექტროენერგიას ოდნავ ატარებენ). საინტერესოა, რომ თითქმის ყველა ბუნებრივი მასალა მიეკუთვნება ამ ორიდან ერთ-ერთ მკვეთრად განსხვავებულ კატეგორიას.
თუმცა არის ნივთიერებები (რომელთა შორის უნდა აღინიშნოს სილიციუმი, გერმანიუმი და ნახშირბადი), რომლებიც მიეკუთვნებიან შუალედურ (მაგრამ ასევე მკვეთრად გამოყოფილ) კატეგორიას. მათ ნახევარგამტარებს უწოდებენ.

ატომური თეორიის თვალსაზრისით, იზოლატორებში ელექტრონები ძალიან მჭიდროდ არიან მიბმული ბირთვებთან, ხოლო გამტარებლებში ბევრი ელექტრონი შეკრულია ძალიან სუსტად და თავისუფლად მოძრაობს ნივთიერების შიგნით.
როდესაც დადებითად დამუხტული ობიექტი მიახლოებულია ან ეხება გამტარს, თავისუფალი ელექტრონები სწრაფად მოძრაობენ დადებითი მუხტისკენ. თუ ობიექტი უარყოფითად არის დამუხტული, მაშინ ელექტრონები, პირიქით, მიდრეკილნი არიან დაშორდნენ მისგან. ნახევარგამტარებში არის ძალიან ცოტა თავისუფალი ელექტრონები, ხოლო იზოლატორებში ისინი პრაქტიკულად არ არსებობს.

გამოწვეული მუხტი. ელექტროსკოპი

მივიყვანოთ დადებითად დამუხტული ლითონის საგანი სხვა (ნეიტრალური) ლითონის საგანთან.

კონტაქტის დროს ნეიტრალური ობიექტის თავისუფალი ელექტრონები მიიზიდავს დადებითად დამუხტულს და ზოგიერთი მათგანი გადაეცემა მას. ვინაიდან მეორე ობიექტს ახლა აკლია უარყოფითად დამუხტული ელექტრონების გარკვეული რაოდენობა, ის იძენს დადებით მუხტს. ამ პროცესს ელექტრიფიკაცია ეწოდება ელექტრული გამტარობის გამო.

მოდით ახლა მივახლოვოთ დადებითად დამუხტული ობიექტი ნეიტრალურ ლითონის ღეროსთან, მაგრამ ისე, რომ ისინი არ შეეხონ. მიუხედავად იმისა, რომ ელექტრონები არ დატოვებენ ლითონის ღეროს, ისინი მაინც გადაადგილდებიან დამუხტული ობიექტისკენ; დადებითი მუხტი წარმოიქმნება ღეროს მოპირდაპირე ბოლოზე (სურ. 22.4). ამ შემთხვევაში, ამბობენ, რომ მუხტი გამოწვეულია (ან ინდუცირებული) ლითონის ღეროს ბოლოებზე. რა თქმა უნდა, ახალი მუხტები არ წარმოიქმნება: მუხტები უბრალოდ განცალკევდა, მაგრამ მთლიანობაში ჯოხი ელექტრონულად ნეიტრალური დარჩა. თუმცა, თუ ახლა ღეროს შუაზე ჯვარედინად დავჭრათ, მივიღებთ ორ დამუხტულ ობიექტს - ერთი უარყოფითი მუხტით, მეორე დადებითი მუხტით.

თქვენ ასევე შეგიძლიათ გადასცეთ მუხტი ლითონის საგანს მავთულით მიწასთან (ან, მაგალითად, მიწაში ჩამავალ წყალსადენთან) მიერთებით, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 22.5, ა. ნათქვამია, რომ თემა დასაბუთებულია. მისი უზარმაზარი ზომის გამო, დედამიწა იღებს და თმობს ელექტრონებს; ის მოქმედებს როგორც დამუხტვის რეზერვუარი. თუ დამუხტულ, ვთქვათ, უარყოფით საგანს მიიყვანთ ლითონთან ახლოს, მაშინ ლითონის თავისუფალი ელექტრონები მოიგერიებათ და ბევრი მავთულის გასწვრივ მიწაში გადავა (სურ. 22.5,6). ლითონი დადებითად იქნება დამუხტული. თუ ახლა გათიშეთ მავთული, დადებითი ინდუცირებული მუხტი დარჩება მეტალზე. მაგრამ თუ ამას გააკეთებთ მას შემდეგ, რაც უარყოფითად დამუხტული ობიექტი მეტალისგან მოიხსნება, მაშინ ყველა ელექტრონს ექნება დრო დაბრუნდეს უკან და ლითონი დარჩება ელექტრონულად ნეიტრალური.

ელექტროსკოპი (ან მარტივი ელექტრომეტრი) გამოიყენება ელექტრული მუხტის გამოსავლენად.

როგორც ჩანს ნახ. 22.6, იგი შედგება სხეულისგან, რომლის შიგნით არის ორი მოძრავი ფოთოლი, ხშირად დამზადებული ოქროსგან. (ზოგჯერ მხოლოდ ერთი ფოთოლი ხდება მოძრავი.) ფოთლებს ამაგრებენ ლითონის ღეროზე, რომელიც კორპუსისგან იზოლირებულია და გარედან მთავრდება ლითონის ბურთულით. თუ დამუხტულ საგანს ბურთთან მიიყვანთ, ღეროში ხდება მუხტების განცალკევება (ნახ. 22.7, ა), ფოთლები ანალოგიურად დამუხტული აღმოჩნდება და იგერიებენ ერთმანეთს, როგორც ნახატზეა ნაჩვენები.

თქვენ შეგიძლიათ მთლიანად დატენოთ ჯოხი ელექტრული გამტარობის გამო (ნახ. 22.7, ბ). ნებისმიერ შემთხვევაში, რაც უფრო დიდია მუხტი, მით უფრო მეტად განსხვავდება ფოთლები.

ამასთან, გაითვალისწინეთ, რომ მუხტის ნიშნის დადგენა ამ გზით შეუძლებელია: უარყოფითი მუხტი ფოთლებს ზუსტად იმავე მანძილზე გამოყოფს, როგორც თანაბარი დადებითი მუხტი. და მაინც, ელექტროსკოპი შეიძლება გამოვიყენოთ მუხტის ნიშნის დასადგენად, ამისთვის ღეროს ჯერ უნდა მივცეთ, ვთქვათ, უარყოფითი მუხტი (ნახ. 22.8, ა). თუ ახლა უარყოფითად დამუხტულ ობიექტს მიიყვანთ ელექტროსკოპის ბურთთან (ნახ. 22.8,6), მაშინ დამატებითი ელექტრონები გადავა ფოთლებზე და ისინი უფრო დაშორდებიან ერთმანეთს. პირიქით, თუ ბურთთან დადებითი მუხტი მიიტანეს, მაშინ ელექტრონები ფოთლებს მოშორდებიან და ისინი მიუახლოვდებიან (ნახ. 22.8, გ), ვინაიდან მათი უარყოფითი მუხტი შემცირდება.

ელექტროსკოპი ფართოდ გამოიყენებოდა ელექტროტექნიკის გარიჟრაჟზე. ძალიან მგრძნობიარე თანამედროვე ელექტრომეტრები მუშაობენ იმავე პრინციპით ელექტრონული სქემების გამოყენებისას.

წინამდებარე პუბლიკაცია ეფუძნება მასალებს დ.ჯანკოლის წიგნიდან. "ფიზიკა ორ ტომში" 1984 ტომი 2.

Გაგრძელება იქნება. მოკლედ შემდეგი პუბლიკაციის შესახებ:

ძალის ფ, რომლითაც ერთი დამუხტული სხეული მოქმედებს მეორე დამუხტულ სხეულზე, მათი მუხტების ნამრავლის პროპორციულია ქ 1 და ქ 2 და უკუპროპორციულია მანძილის კვადრატისა რმათ შორის.

კომენტარები და წინადადებები მიღებულია და მივესალმებით!

რეზიუმე ელექტროტექნიკის შესახებ

დაასრულა: აგაფონოვი რომან

ლუგას აგროინდუსტრიული კოლეჯი

შეუძლებელია მუხტის მოკლე განმარტება, რომელიც დამაკმაყოფილებელია ყველა თვალსაზრისით. ჩვენ მიჩვეულები ვართ გასაგები ახსნა-განმარტების პოვნას ძალიან რთული წარმონაქმნებისა და პროცესებისთვის, როგორიცაა ატომი, თხევადი კრისტალები, მოლეკულების განაწილება სიჩქარით და ა.შ. მაგრამ ყველაზე საბაზისო, ფუნდამენტური ცნებები, უფრო მარტივებად განუყოფელი, დღევანდელი მეცნიერების აზრით, ყოველგვარი შინაგანი მექანიზმისგან მოკლებული, მოკლედ აღარ შეიძლება იყოს დამაკმაყოფილებელი ახსნა. მით უმეტეს, თუ საგნები უშუალოდ ჩვენი გრძნობებით არ აღიქმება. სწორედ ამ ფუნდამენტურ ცნებებს ეხება ელექტრული მუხტი.

ჯერ შევეცადოთ გავარკვიოთ არა რა არის ელექტრული მუხტი, არამედ რა იმალება განცხადების მიღმა: ამ სხეულს ან ნაწილაკს აქვს ელექტრული მუხტი.

თქვენ იცით, რომ ყველა სხეული აგებულია პაწაწინა ნაწილაკებისგან, რომლებიც განუყოფელია უფრო მარტივ (რამდენადაც მეცნიერებამ იცის) ნაწილაკებად, რომლებსაც, შესაბამისად, ელემენტარულს უწოდებენ. ყველა ელემენტარულ ნაწილაკს აქვს მასა და ამის გამო ისინი იზიდავენ ერთმანეთს. უნივერსალური მიზიდულობის კანონის თანახმად, მიზიდულობის ძალა შედარებით ნელა მცირდება მათ შორის მანძილის მატებასთან ერთად: მანძილის კვადრატის უკუპროპორციულია. გარდა ამისა, ელემენტარული ნაწილაკების უმეტესობას, თუმცა არა ყველა, აქვს ერთმანეთთან ურთიერთქმედების უნარი ძალით, რომელიც ასევე მცირდება მანძილის კვადრატის შებრუნებული პროპორციით, მაგრამ ეს ძალა უზარმაზარი რაოდენობით აღემატება სიმძიმის ძალას. . ამგვარად, წყალბადის ატომში, სქემატურად ნაჩვენებია სურათზე 1, ელექტრონი იზიდავს ბირთვს (პროტონს) გრავიტაციული მიზიდულობის ძალაზე 1039-ჯერ მეტი ძალით.

თუ ნაწილაკები ერთმანეთთან ურთიერთქმედებენ ძალებით, რომლებიც ნელ-ნელა მცირდება მანძილის მატებასთან ერთად და ბევრჯერ აღემატება სიმძიმის ძალებს, მაშინ ამ ნაწილაკებს ელექტრული მუხტი აქვთ. თავად ნაწილაკებს დამუხტულს უწოდებენ. არსებობს ნაწილაკები ელექტრული მუხტის გარეშე, მაგრამ არ არსებობს ელექტრული მუხტი ნაწილაკების გარეშე.

დამუხტულ ნაწილაკებს შორის ურთიერთქმედებას ელექტრომაგნიტური ეწოდება. როდესაც ვამბობთ, რომ ელექტრონები და პროტონები ელექტრული დამუხტულია, ეს ნიშნავს, რომ მათ შეუძლიათ გარკვეული ტიპის (ელექტრომაგნიტური) ურთიერთქმედება და მეტი არაფერი. ნაწილაკებზე მუხტის ნაკლებობა ნიშნავს, რომ ის ვერ ამჩნევს ასეთ ურთიერთქმედებებს. ელექტრული მუხტი განსაზღვრავს ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების ინტენსივობას, ისევე როგორც მასა განსაზღვრავს გრავიტაციული ურთიერთქმედების ინტენსივობას. ელექტრული მუხტი ელემენტარული ნაწილაკების მეორე (მასის შემდეგ) ყველაზე მნიშვნელოვანი მახასიათებელია, რომელიც განსაზღვრავს მათ ქცევას გარემომცველ სამყაროში.

ამგვარად

ელექტრული მუხტი არის ფიზიკური სკალარული სიდიდე, რომელიც ახასიათებს ნაწილაკების ან სხეულების თვისებას ელექტრომაგნიტური ძალის ურთიერთქმედებაში შესვლისთვის.

ელექტრული მუხტი სიმბოლოა ასოებით q ან Q.

ისევე, როგორც მექანიკაში ხშირად გამოიყენება მატერიალური წერტილის ცნება, რაც შესაძლებელს ხდის მნიშვნელოვნად გამარტივდეს მრავალი პრობლემის გადაწყვეტა, მუხტების ურთიერთქმედების შესწავლისას ეფექტურია წერტილის მუხტის ცნება. წერტილოვანი მუხტი არის დამუხტული სხეული, რომლის ზომები მნიშვნელოვნად ნაკლებია მანძილს ამ სხეულიდან დაკვირვების წერტილამდე და სხვა დამუხტულ სხეულებამდე. კერძოდ, თუ ისინი საუბრობენ ორი წერტილის მუხტის ურთიერთქმედების შესახებ, ისინი თვლიან, რომ განხილულ ორ დამუხტულ სხეულს შორის მანძილი მნიშვნელოვნად აღემატება მათ ხაზოვან ზომებს.

ელემენტარული ნაწილაკების ელექტრული მუხტი არ არის სპეციალური „მექანიზმი“ ნაწილაკში, რომელიც შეიძლება ამოღებულ იქნეს მისგან, დაიშალა მის შემადგენელ ნაწილებად და ხელახლა შეიკრიბოს. ელექტრონზე და სხვა ნაწილაკებზე ელექტრული მუხტის არსებობა მხოლოდ მათ შორის გარკვეული ურთიერთქმედების არსებობას ნიშნავს.

ბუნებაში არის ნაწილაკები საპირისპირო ნიშნების მუხტით. პროტონის მუხტს დადებითი ეწოდება, ხოლო ელექტრონის მუხტს უარყოფითი. ნაწილაკზე მუხტის დადებითი ნიშანი, რა თქმა უნდა, არ ნიშნავს, რომ მას რაიმე განსაკუთრებული უპირატესობა აქვს. ორი ნიშნის მუხტის შემოღება უბრალოდ გამოხატავს იმ ფაქტს, რომ დამუხტულ ნაწილაკებს შეუძლიათ მიზიდვაც და მოგერიებაც. თუ მუხტის ნიშნები ერთნაირია, ნაწილაკები მოგერიდებათ, ხოლო თუ მუხტის ნიშნები განსხვავებულია, ისინი იზიდავენ.

ამჟამად არ არსებობს ახსნა ორი ტიპის ელექტრული მუხტის არსებობის მიზეზების შესახებ. ნებისმიერ შემთხვევაში, დადებით და უარყოფით მუხტებს შორის ფუნდამენტური განსხვავებები არ არის ნაპოვნი. თუ ნაწილაკების ელექტრული მუხტების ნიშნები საპირისპიროდ შეიცვლებოდა, მაშინ ბუნებაში ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების ბუნება არ შეიცვლებოდა.

დადებითი და უარყოფითი მუხტები ძალიან კარგად არის დაბალანსებული სამყაროში. და თუ სამყარო სასრულია, მაშინ მისი მთლიანი ელექტრული მუხტი, დიდი ალბათობით, ნულის ტოლია.

ყველაზე საყურადღებო ის არის, რომ ყველა ელემენტარული ნაწილაკების ელექტრული მუხტი სიდიდით მკაცრად ერთნაირია. არის მინიმალური მუხტი, რომელსაც ელემენტარული ეწოდება, რომელსაც აქვს ყველა დამუხტული ელემენტარული ნაწილაკი. მუხტი შეიძლება იყოს დადებითი, პროტონის მსგავსად, ან უარყოფითი, როგორც ელექტრონი, მაგრამ მუხტის მოდული ყველა შემთხვევაში ერთნაირია.

შეუძლებელია მუხტის ნაწილის გამოყოფა, მაგალითად, ელექტრონისაგან. ეს არის ალბათ ყველაზე გასაკვირი რამ. არცერთ თანამედროვე თეორიას არ შეუძლია ახსნას, თუ რატომ არის ყველა ნაწილაკების მუხტი ერთნაირი და არ შეუძლია გამოთვალოს მინიმალური ელექტრული მუხტის მნიშვნელობა. იგი განისაზღვრება ექსპერიმენტულად სხვადასხვა ექსპერიმენტების გამოყენებით.

1960-იან წლებში, მას შემდეგ, რაც ახლად აღმოჩენილი ელემენტარული ნაწილაკების რაოდენობამ საგანგაშო ზრდა დაიწყო, გაჩნდა ჰიპოთეზა, რომ ყველა ძლიერ ურთიერთქმედება ნაწილაკი კომპოზიტურია. უფრო ფუნდამენტურ ნაწილაკებს ეწოდა კვარკები. გასაოცარი იყო ის, რომ კვარკებს უნდა ჰქონდეთ წილადი ელექტრული მუხტი: ელემენტარული მუხტის 1/3 და 2/3. პროტონებისა და ნეიტრონების ასაშენებლად საკმარისია ორი ტიპის კვარკი. და მათი მაქსიმალური რაოდენობა, როგორც ჩანს, არ აღემატება ექვსს.

შეუძლებელია ელექტრული მუხტის ერთეულის მაკროსკოპული სტანდარტის შექმნა, სიგრძის სტანდარტის მსგავსი - მეტრი, მუხტის გარდაუვალი გაჟონვის გამო. ბუნებრივი იქნებოდა ელექტრონის მუხტის აღება როგორც ერთი (ეს ახლა კეთდება ატომურ ფიზიკაში). მაგრამ კულონის დროს ბუნებაში ელექტრონების არსებობა ჯერ კიდევ არ იყო ცნობილი. გარდა ამისა, ელექტრონის მუხტი ძალიან მცირეა და, შესაბამისად, რთული გამოსაყენებელია როგორც სტანდარტი.

ერთეულების საერთაშორისო სისტემაში (SI) მუხტის ერთეული, კულონი, დადგენილია დენის ერთეულის გამოყენებით:

1 კულონი (C) არის მუხტი, რომელიც გადის გამტარის კვეთაზე 1 წამში 1 ა დენის დროს.

მუხტი 1 C არის ძალიან დიდი. ორი ასეთი მუხტი 1 კმ მანძილზე მოიგერიებს ერთმანეთს ძალით ოდნავ ნაკლები იმ ძალით, რომლითაც გლობუსი იზიდავს 1 ტონას წონას. შესაბამისად, შეუძლებელია 1C მუხტის გადაცემა პატარა სხეულზე (დაახლოებით რამდენიმე მეტრის ზომით). ერთმანეთისგან მოგერიება, დამუხტული ნაწილაკები ასეთ სხეულზე ვერ დარჩებიან. ბუნებაში არ არსებობს სხვა ძალები, რომლებსაც შეეძლოთ ამ პირობებში კულონის მოგერიების კომპენსირება. მაგრამ დირიჟორში, რომელიც ზოგადად ნეიტრალურია, ძნელი არ არის 1 C მუხტის დაყენება მოძრაობაში. მართლაც, ჩვეულებრივ ნათურაში, რომლის სიმძლავრეა 100 ვტ, 127 ვ ძაბვაზე, დგინდება დენი, რომელიც ოდნავ ნაკლებია 1 ა-ზე. ამავდროულად, 1 წამში ჯვარზე გადის მუხტი თითქმის 1 C-ის ტოლი. - დირიჟორის განყოფილება.

ელექტრომეტრი გამოიყენება ელექტრული მუხტების გამოსავლენად და გასაზომად. ელექტრომეტრი შედგება ლითონის ღეროსა და მაჩვენებლისგან, რომელსაც შეუძლია ბრუნოს ჰორიზონტალური ღერძის გარშემო (ნახ. 2). ისრიანი ჯოხი ფიქსირდება პლექსიგლასის ყდაში და მოთავსებულია ლითონის ცილინდრულ კორპუსში, დახურულია მინის გადასაფარებლებით.

ელექტრომეტრის მუშაობის პრინციპი. შევეხოთ დადებითად დამუხტულ ღეროს ელექტრომეტრულ ღეროს. ჩვენ დავინახავთ, რომ ელექტრომეტრის ნემსი გადაიხრება გარკვეული კუთხით (იხ. სურ. 2). ისრის ბრუნვა აიხსნება იმით, რომ დამუხტული სხეული ელექტრომეტრის ღეროსთან შეხებისას ელექტრული მუხტები ნაწილდება ისრისა და ღეროს გასწვრივ. ამაღელვებელი ძალები, რომლებიც მოქმედებს ღეროსა და მაჩვენებელზე მსგავს ელექტრო მუხტებს შორის, იწვევს მაჩვენებლის ბრუნვას. ისევ დავაელექტროთ ებონიტის ღერო და ისევ შევეხოთ ელექტრომეტრის ღეროს. გამოცდილება გვიჩვენებს, რომ ღეროზე ელექტრული მუხტის მატებასთან ერთად იზრდება ისრის გადახრის კუთხე ვერტიკალური მდგომარეობიდან. შესაბამისად, ელექტრომეტრის ნემსის გადახრის კუთხით შეიძლება ვიმსჯელოთ ელექტრომეტრის ღეროზე გადატანილი ელექტრული მუხტის სიდიდეზე.

ყველა ცნობილი ექსპერიმენტული ფაქტის მთლიანობა საშუალებას გვაძლევს გამოვყოთ მუხტის შემდეგი თვისებები:

არსებობს ორი სახის ელექტრული მუხტი, რომელსაც პირობითად უწოდებენ დადებით და უარყოფითს. დადებითად დამუხტული სხეულები არის ის სხეულები, რომლებიც მოქმედებენ სხვა დამუხტულ სხეულებზე ისევე, როგორც მინა, რომელიც ელექტრიფიცირებულია აბრეშუმის წინააღმდეგ ხახუნის შედეგად. სხეულებს, რომლებიც მოქმედებენ ისევე, როგორც ებონიტი, რომელიც ელექტრიფიცირებულია მატყლთან ხახუნის შედეგად, უარყოფითად დამუხტულს უწოდებენ. მინაზე წარმოქმნილი მუხტებისთვის სახელის „დადებითი“ და ებონიტის მუხტებისთვის „ნეგატიური“ არჩევანი სრულიად შემთხვევითია.

მუხტების გადატანა შესაძლებელია (მაგალითად, პირდაპირი კონტაქტით) ერთი სხეულიდან მეორეზე. სხეულის მასისგან განსხვავებით, ელექტრული მუხტი არ არის მოცემული სხეულის განუყოფელი მახასიათებელი. ერთსა და იმავე სხეულს სხვადასხვა პირობებში შეიძლება ჰქონდეს განსხვავებული მუხტი.

ელექტრული მუხტი არის ფიზიკური სიდიდე, რომელიც ახასიათებს ნაწილაკების ან სხეულების თვისებას ელექტრომაგნიტური ძალის ურთიერთქმედებაში. ელ ზ. ჩვეულებრივ აღინიშნება q ან Q ასოებით. ყველა ცნობილი ექსპერიმენტული ფაქტის ერთობლიობა საშუალებას გვაძლევს გამოვიტანოთ შემდეგი დასკვნები:

არსებობს ორი სახის ელექტრული მუხტი, რომელსაც პირობითად უწოდებენ დადებით და უარყოფითს.

ისევე როგორც მუხტების მოგერიება, განსხვავებით მუხტების მოზიდვა. ეს ასევე ავლენს ფუნდამენტურ განსხვავებას ელექტრომაგნიტურ ძალებსა და გრავიტაციულ ძალებს შორის. გრავიტაციული ძალები ყოველთვის მიმზიდველი ძალებია.

ბუნების ერთ-ერთი ფუნდამენტური კანონი ექსპერიმენტულად დადგენილია ელექტრული მუხტის შენარჩუნების კანონი .

იზოლირებულ სისტემაში ყველა სხეულის მუხტების ალგებრული ჯამი მუდმივი რჩება:

ქ 1 + ქ 2 + ქ 3 + ... +qn= კონსტ.

ელექტრული მუხტის კონსერვაციის კანონი ამბობს, რომ სხეულების დახურულ სისტემაში არ შეინიშნება მხოლოდ ერთი ნიშნის მუხტის შექმნის ან გაქრობის პროცესები.

თანამედროვე თვალსაზრისით, მუხტის მატარებლები ელემენტარული ნაწილაკებია. ყველა ჩვეულებრივი სხეული შედგება ატომებისგან, რომელშიც შედის დადებითად დამუხტული პროტონები, უარყოფითად დამუხტული ელექტრონები და ნეიტრალური ნაწილაკები - ნეიტრონები. პროტონები და ნეიტრონები ატომური ბირთვების ნაწილია, ელექტრონები ქმნიან ატომების ელექტრონულ გარსს. პროტონისა და ელექტრონის ელექტრული მუხტები სიდიდით ზუსტად იგივეა და ელემენტარული მუხტის ტოლია ე.

ნეიტრალურ ატომში პროტონების რაოდენობა ბირთვში ტოლია ელექტრონების რაოდენობას გარსში. ამ ნომერს ეძახიან ატომური ნომერი . მოცემული ნივთიერების ატომმა შეიძლება დაკარგოს ერთი ან მეტი ელექტრონი ან მოიპოვოს დამატებითი ელექტრონი. ამ შემთხვევებში ნეიტრალური ატომი იქცევა დადებითად ან უარყოფითად დამუხტულ იონად.

მუხტი შეიძლება გადავიდეს ერთი სხეულიდან მეორეზე მხოლოდ იმ ნაწილებში, რომლებიც შეიცავს ელემენტარული მუხტების მთელ რაოდენობას. ამრიგად, სხეულის ელექტრული მუხტი არის დისკრეტული რაოდენობა:

ფიზიკურ სიდიდეებს, რომლებსაც შეუძლიათ მხოლოდ მნიშვნელობების დისკრეტული სერიის მიღება, ეწოდება კვანტური . ელემენტარული მუხტი ეარის ელექტრული მუხტის კვანტური (უმცირესი ნაწილი). უნდა აღინიშნოს, რომ ელემენტარული ნაწილაკების თანამედროვე ფიზიკაში ვარაუდობენ ეგრეთ წოდებულ კვარკების არსებობას - ნაწილაკების წილადი მუხტის მქონე და თუმცა, კვარკები ჯერ არ დაფიქსირებულა თავისუფალ მდგომარეობაში.

საერთო ლაბორატორიულ ექსპერიმენტებში ა ელექტრომეტრი - მოწყობილობა, რომელიც შედგება ლითონის ღეროსა და მაჩვენებლისგან, რომელსაც შეუძლია ბრუნოს ჰორიზონტალური ღერძის გარშემო.

ელექტრომეტრი საკმაოდ უხეში ინსტრუმენტია; ის არ იძლევა საშუალებას შევისწავლოთ მუხტებს შორის ურთიერთქმედების ძალები. სტაციონარული მუხტების ურთიერთქმედების კანონი პირველად აღმოაჩინა ფრანგმა ფიზიკოსმა C. Coulomb-მა 1785 წელს. თავის ექსპერიმენტებში კულომმა გაზომა დამუხტული ბურთების მიზიდულობისა და მოგერიების ძალები მის მიერ შექმნილი მოწყობილობის გამოყენებით - ტორსიონალური ბალანსი (ნახ. 1.1.2). ), რომელიც გამოირჩეოდა უაღრესად მაღალი მგრძნობელობით. მაგალითად, ბალანსის სხივი ბრუნავდა 1°-ით 10 –9 ნ რიგის ძალის გავლენის ქვეშ.

გაზომვების იდეა ეფუძნებოდა კულონის ბრწყინვალე ვარაუდს, რომ თუ დამუხტული ბურთი მოხვდება კონტაქტში ზუსტად იმავე დაუმუხტავთან, მაშინ პირველის მუხტი მათ შორის თანაბრად გაიყოფა. ამრიგად, მითითებული იყო ბურთის მუხტის შეცვლა ორჯერ, სამჯერ და ა.შ. კულონის ექსპერიმენტებში გაზომეს ურთიერთქმედება ბურთებს შორის, რომელთა ზომები გაცილებით მცირე იყო, ვიდრე მათ შორის მანძილი. ასეთ დამუხტულ სხეულებს ჩვეულებრივ უწოდებენ ქულების გადასახადი.

წერტილის მუხტი არის დამუხტული სხეული, რომლის ზომები შეიძლება უგულებელვყოთ ამ პრობლემის პირობებში.

ასევე არსებობს:წრფივი მუხტი t(tau)=dq/dl, l-სიგრძე, dq-ძაფის მუხტი

ზედაპირის მუხტი: σ =dq/ds s-ზედაპირის ფართობი (უჯრედ/მ 2)

მოცულობის დამუხტვა p(ro)=dq/dv (უჯრედ/მ3)

ურთიერთქმედების ძალები ემორჩილებიან ნიუტონის მესამე კანონს: ეს არის მომგერიებელი ძალები მუხტის იგივე ნიშნებით და მიმზიდველი ძალები სხვადასხვა ნიშნით (ნახ. 1.1.3). სტაციონარული ელექტრული მუხტების ურთიერთქმედება ე.წ ელექტროსტატიკური ან კულონი ურთიერთქმედება. ელექტროდინამიკის განყოფილებას, რომელიც სწავლობს კულონის ურთიერთქმედებას, ეწოდება ელექტროსტატიკა .

კულონის კანონი მოქმედებს წერტილით დამუხტული სხეულებისთვის. პრაქტიკაში, კულონის კანონი კარგად არის დაკმაყოფილებული, თუ დამუხტული სხეულების ზომები მათ შორის მანძილს გაცილებით მცირეა.

პროპორციულობის ფაქტორი კკულონის კანონში დამოკიდებულია ერთეულების სისტემის არჩევანზე. საერთაშორისო SI სისტემაში მუხტის ერთეული აღებულია გულსაკიდი(Cl).

გულსაკიდიარის მუხტი, რომელიც გადის გამტარის კვეთაზე 1 წამში 1 ა დენით. დენის ერთეული (ამპერი) SI-ში არის სიგრძის, დროის და მასის ერთეულებთან ერთად. საზომი ძირითადი ერთეული.

კოეფიციენტი კ SI სისტემაში ჩვეულებრივ იწერება როგორც:

გამოცდილება აჩვენებს, რომ კულონის ურთიერთქმედების ძალები ემორჩილებიან სუპერპოზიციის პრინციპს.

თუ დამუხტული სხეული ურთიერთქმედებს ერთდროულად რამდენიმე დამუხტულ სხეულთან, მაშინ მოცემულ სხეულზე მოქმედი ძალა უდრის ამ სხეულზე მოქმედი ძალების ვექტორულ ჯამს ყველა სხვა დამუხტული სხეულებისგან.

სუპერპოზიციის პრინციპი ბუნების ფუნდამენტური კანონია. თუმცა, მისი გამოყენება მოითხოვს გარკვეულ სიფრთხილეს, როდესაც ვსაუბრობთ სასრული ზომის დამუხტული სხეულების ურთიერთქმედების შესახებ (მაგალითად, ორი გამტარი დამუხტული ბურთი 1 და 2). თუ მესამე დამუხტული ბურთი მიიტანეს ორი დამუხტული ბურთის სისტემაში, მაშინ ურთიერთქმედება 1-სა და 2-ს შორის შეიცვლება იმის გამო, რომ გადასახადის გადანაწილება.

სუპერპოზიციის პრინციპი ამბობს, რომ როდესაც მოცემული (ფიქსირებული) მუხტის განაწილებაყველა სხეულზე, ნებისმიერ ორ სხეულს შორის ელექტროსტატიკური ურთიერთქმედების ძალები არ არის დამოკიდებული სხვა დამუხტული სხეულების არსებობაზე.