Elektr zaryad

Vikipediya, ochiq ensiklopediya
Navigatsiya qismiga oʻtish Qidirish qismiga oʻtish

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 qoʻllaniladi. Kichik q belgisi koʻpincha zaryad miqdorini bildiradi.

Elektron, manfiy zaryadlangan zarracha atrofida maydon chiziqlari va ekvipotensial sirtlar koʻrsatilgan diagramma. Elektr neytral atomda elektronlar soni protonlar soniga (musbat zaryadlangan) teng boʻlib, umumiy zaryad nolga teng boʻladi.

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 ob’ektlar 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[tahrir | manbasini tahrirlash]

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[tahrir | manbasini tahrirlash]

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[tahrir | manbasini tahrirlash]

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[tahrir | manbasini tahrirlash]

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[tahrir | manbasini tahrirlash]

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[tahrir | manbasini tahrirlash]

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:

Tok formulasi.png



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

va vaqt oraligʻida oqib oʻtgan zaryad miqdori tenglikning ikki tomonni integrallash orqali olinadi:

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

Shuningdek qarang[tahrir | manbasini tahrirlash]

Maʼlumotnomalar[tahrir | manbasini tahrirlash]

  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. 
  5. 5,0 5,1 „CIPM, 1946: Resolution 2“. BIPM.
  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. 
  8. 8,0 8,1 „Lives of the Eminent Philosophers by Diogenes Laërtius, Book 1, §24“.

Havolalar[tahrir | manbasini tahrirlash]