ელექტრული მუხტები, მათი ურთიერთქმედება.
DC ელექტრული წრე, მისი ძირითადი კანონები.
მატერიის სტრუქტურის ელექტრონული თეორია.
ბუნებაში არსებული ყველა ნივთიერება შედგება მოლეკულებისგან, ატომების მოლეკულებისგან.
მოლეკულაარის უმცირესი ნაწილაკი, რომელსაც აქვს მოცემული ნივთიერების ქიმიური თვისებები.
ატომიარის უმცირესი ნაწილაკი, რომელსაც აქვს მოცემული ელემენტის ქიმიური და ფიზიკური თვისებები.
Ის შედგება:
დადებითად დამუხტული ბირთვი
უარყოფითი ელექტრონები, რომლებიც ბრუნავენ დაშვებულ ორბიტებზე.
ბირთვი შედგება დადებითი პროტონებისა და ნეიტრონებისგან.
ელექტრონის მუხტი პროტონის მუხტის ტოლია, მაგრამ ნიშნები საპირისპიროა. ეს ელემენტარული ნაწილაკები არ არის თანაბარი ზომით და მასით, პროტონი უფრო დიდია ვიდრე ელექტრონი.
ატომი არის ელექტრულად ნეიტრალური ნაწილაკი (დამუხტული არ არის), ანუ რამდენი პროტონია ბირთვში, იმდენი ელექტრონი ბრუნავს ბირთვის გარშემო, რადგან ერთ პროტონს შეუძლია დაიჭიროს ერთი ელექტრონი.
ამრიგად, ჩვენს ირგვლივ სამყაროს მრავალფეროვნება წარმოიქმნება მხოლოდ სამი ნაწილაკების სხვადასხვა კომბინაციით: ნეიტრონი, პროტონი და ელექტრონი, რომლებსაც, თავის მხრივ, ასევე აქვთ შიდა სტრუქტურა.
ვალენტურობის ელექტრონებიარის ელექტრონები, რომლებიც უკიდურეს ორბიტაზე არიან. ისინი განსაზღვრავენ ნივთიერების ქიმიურ თვისებებს და მის ელექტროგამტარობას.
Ელექტრო გამტარობისარის ნივთიერების ელექტრული დენის გატარების უნარი.
ელექტრული მუხტები, მათი ურთიერთქმედება.
ჯერ კიდევ ძველ დროში ცნობილი იყო, რომ მატყლზე ნახმარი ქარვა იძენს მსუბუქი საგნების მიზიდვის უნარს. მოგვიანებით გაირკვა, რომ ბევრ სხვა ნივთიერებას აქვს მსგავსი თვისება. სხეულებს, რომლებსაც შეუძლიათ, ქარვის მსგავსად, მსუბუქ საგნებს მიიზიდონ, ელექტრიფიცირებული ეწოდება. ამ მდგომარეობაში მყოფ სხეულებზე არის ელექტრული მუხტები და თავად სხეულებს უწოდებენ დამუხტულს.
ბუნებაში არსებობს მხოლოდ ორი სახის მუხტი - დადებითი და უარყოფითი. ერთი და იგივე ნიშნის მუხტები (მუხტების მსგავსად) მოგერიდებათ, საპირისპირო ნიშნების მუხტები (საპირისპირო მუხტები) იზიდავს.
ელემენტარულ ნაწილაკებს აქვთ ყველაზე პატარა (ელემენტარული) მუხტი. მაგალითად, პროტონი და პოზიტრონი დადებითად არის დამუხტული, ხოლო ელექტრონი და ანტიპროტონი უარყოფითად.
ელემენტარული უარყოფითი მუხტი სიდიდით უდრის ელემენტარულ პოზიტიურ მუხტს. SI სისტემაში დატენვა იზომება გულსაკიდი(CL). ელემენტარული მუხტის ღირებულება e \u003d 1.6-10-19 C.ბუნებაში არსად და არასდროს არ ჩნდება და ქრება ერთი და იგივე ნიშნის ელექტრული მუხტი. დადებითი ელექტრული მუხტის + q გამოჩენას ყოველთვის ახლავს თანაბარი უარყოფითი ელექტრული მუხტის - q. არც დადებითი და არც უარყოფითი მუხტები არ შეიძლება გაქრეს ერთმანეთისგან განცალკევებით, მათ შეუძლიათ ერთმანეთის განეიტრალება მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ ისინი თანაბარი არიან.
ნეიტრალური ატომიდან მუხტის მისაღებად, თქვენ უნდა იმოქმედოთ რაიმე სახის ძალით და გაანადგუროთ ელექტრონები, ან მიამაგროთ უცხო ელექტრონები ნეიტრალურ ატომს. შედეგად, გამოყოფისას (მაგალითად, ხახუნის დროს) მიიღება დადებითად დამუხტული ატომი, რომელსაც ე.წ. დადებითი იონიდა როდესაც მიმაგრებულია - უარყოფითი იონი.
იონიზაციაარის ნეიტრალური ატომიდან მუხტების წარმოქმნის პროცესი.
8.1. ორი სახის ელექტრული მუხტი
თუ ზოგიერთ ნაწილაკს (ან სხეულს) აქვს უნარი მონაწილეობა მიიღოს ელექტრულ ურთიერთქმედებებში, მაშინ აზრი აქვს მათ მივაწეროთ რაიმე მახასიათებელი, რომელიც მიუთითებს მათ ამ თვისებაზე. ამ მახასიათებელს ე.წ ელექტრული მუხტი. სხეულებს, რომლებიც მონაწილეობენ ელექტრულ ურთიერთქმედებებში, ეწოდება დამუხტული. ამრიგად, ტერმინი „ელექტრონულად დამუხტული“ სინონიმია გამოთქმის „მონაწილეობს ელექტრულ ურთიერთქმედებაში“. რატომ აქვს ზოგიერთ ელემენტარულ ნაწილაკს ელექტრული მუხტი, ზოგს კი არა - არავინ იცის!
შემდგომი მსჯელობა, რომელიც დაფუძნებულია ექსპერიმენტულ მონაცემებზე, მიზნად ისახავს ამ მახასიათებლის დაკონკრეტებას, თუ ეს შესაძლებელია, რათა მოხდეს ის რაოდენობრივი.
ელექტრული ფენომენების შესწავლის ისტორია გრძელი და სავსეა დრამატულობით, ...
შემდეგი, ჩვენ აღწერს მარტივი ექსპერიმენტების სერიას, რომელიც შეიძლება ჩატარდეს სახლში "სამზარეულოში" ან სკოლის ლაბორატორიაში. მათი ახსნისას გამოვიყენებთ ცოდნას, რომელიც მრავალი მეცნიერის მიერ იქნა მიღებული რამდენიმე ასეული წლის განმავლობაში, მრავალრიცხოვანი და მრავალფეროვანი ექსპერიმენტების შედეგად.
ახლა ჩვენ ძალიან გამარტივებულ ფორმაში გავამრავლებთ ექსპერიმენტული კვლევის ზოგიერთ ეტაპს, საიდანაც მიღებული დასკვნები საფუძვლად დაედო ელექტრული ურთიერთქმედების თანამედროვე თეორიას.
ექსპერიმენტების ჩასატარებლად, პირველ რიგში, უნდა ისწავლოს დამუხტული სხეულების მიღება. ამ მიზნის მისაღწევად ყველაზე მარტივი გზაა ელექტრიფიკაცია ხახუნით. მაგალითად, მინა კარგად ელექტრიფიცირებულია (ანუ იძენს ელექტრულ მუხტს), თუ მას აბრეშუმით ასხამენ. ელექტრული მუხტის გამოჩენა გამოიხატება იმაში, რომ ასეთი ჯოხი იწყებს ქაღალდის ნაჭრების, თმების, მტვრის ნაწილაკების და ა.შ.
ასევე შეიძლება დადგინდეს, რომ ბევრი სხვა ნივთიერება ასევე ელექტრიფიცირებულია ხახუნის შედეგად. წინასწარ ვიცოდეთ შედეგი, როგორც ელექტროენერგიის მეორე „წყარო“, ვირჩევთ ებონიტის ჯოხს, რომელიც მატყლს ატარებს. მინაზე გაჩენილ ელექტრო მუხტს ვუწოდოთ – „მინა“, ხოლო ებონიტის მუხტს „ფისოვანი“.
შემდეგი, ჩვენ გვჭირდება "მოწყობილობა", რომელიც რეაგირებს ელექტრული მუხტის არსებობაზე. ამისთვის ძაფზე ვკიდებთ ფოლგის ნაჭრისგან დაგრეხილ მსუბუქ ჭიქას. ეს ჭიქის არ დამუხტვის შემოწმება ადვილია - რომ არ მივიღოთ ფანქარი, ხელი, ფიზიკის სახელმძღვანელო და ა.შ, ფინჯანზე ეფექტი არ ჩნდება.
მივიღოთ დამუხტული შუშის ელექტრო ჯოხი დაუმუხტავ მინაზე (სურ. 141). მინა იზიდავს მას, ისევე როგორც სხვა პატარა სხეულებს. ძაფის გადახრის კუთხიდან (ჭიქის ცნობილი მასით და ძაფის სიგრძით) შეიძლება მიზიდულობის ძალის გამოთვლაც კი. თუ მინა არ შედის კონტაქტში დამუხტულ ჯოხთან, ის რჩება დაუმუხტველი, რისი შემოწმებაც მარტივად შეიძლება ექსპერიმენტულად. თუ ჭიქა ეხება დამუხტულ ჯოხს, მაშინ ის მკვეთრად მოშორდება მისგან. თუ ახლა კვერთხს ამოვიღებთ, ფინჯანი დაიტენება, რისი შემოწმებაც შესაძლებელია სხვა დაუმუხტი სხეულის მიახლოებით. მაგალითად, აწეული ხელით მოიზიდავს.
ანალოგიური შედეგი მიიღება, თუ აბრეშუმზე დაფქულ შუშის ღეროს მატყლზე დაფქული ებონიტის ღეროს შევცვლით.
ამრიგად, ამ ექსპერიმენტებში განსხვავება "მინისა" და "ფისოვანი" ელექტროენერგიას შორის არ ჩანს.
ჩვენ ჯერ არ განვიხილავთ, რატომ იზიდავს დაუტენო თასი დამუხტულ ჯოხს, და დამუხტულ ჭიქას - დაუმუხტავ ხელს. ერთადერთი დასკვნა, რომელიც შეგვიძლია გამოვიტანოთ ექსპერიმენტიდან არის ის, რომ კონტაქტის შედეგად მინამ ელექტრული მუხტი შეიძინა. ამიტომ, ელექტრული მუხტი შეიძლება გადაეცესერთი სხეულიდან მეორეში.
აიღეთ ორი იდენტური ფოლგის ჭიქა, დაკიდეთ ისინი გვერდიგვერდ იმავე სიგრძის ძაფებზე. თუ ჭიქები ერთნაირად დამუხტულია (ჭიქის ან ებონიტის ღეროს დახმარებით), მაშინ ჭიქები მოგერიდებათ (სურ. 142). თუ ჭიქები სხვადასხვა მუხტით არის დამუხტული, მაშინ ისინი იზიდავენ.
ამრიგად, ჩვენ ვამტკიცებთ, რომ არსებობს მაინც ორი სახის ელექტრული მუხტი.
შემდგომი ექსპერიმენტებისთვის „საზომ ჭიქებს“ შევცვლით უფრო მოწინავე მოწყობილობით, რომელსაც ელექტრომეტრი ეწოდება (სურ. 143). მოწყობილობა შედგება ლითონის ღეროსა და მსუბუქი ლითონის მაჩვენებლისგან, რომელსაც შეუძლია ბრუნოს ჰორიზონტალური ღერძის გარშემო. ეს მოწყობილობა მოთავსებულია ლითონის ყუთში, დახურულია მინის გადასაფარებლებით. მაჩვენებლის გადახრის კუთხე შეიძლება გაიზომოს მასშტაბის გამოყენებით. ისრის ჯოხი სხეულში ფიქსირდება პლექსიგლასის ყდის საშუალებით. ისრიანი ჯოხი იგივე როლს ასრულებს, როგორც ფოლგის ჭიქები წინა ექსპერიმენტებში - როდესაც დამუხტული სხეული ღეროს ეხება, მუხტი მიედინება ღეროზე და ისრისკენ, რაც გამოიწვევს მის გადახრას. უფრო მეტიც, ისრის გადახრის მიმართულება არ არის დამოკიდებული მოხსენებული მუხტის ტიპზე.
შემდგომი ექსპერიმენტებისთვის ჩვენ გამოვიყენებთ ორ იდენტურ ელექტროსკოპს. დავამუხტოთ ერთი მათგანი, მაგალითად, შუშის ჯოხის გამოყენებით. შემდეგი, ჩვენ დავიწყებთ ელექტრომეტრების ღეროების დაკავშირებას სხვადასხვა მასალის გამოყენებით. ღეროების შეერთებისას ხის, დაუტენო მინის, ებონიტის, პლასტმასის ჯოხებით; ტექსტილის ძაფები, არანაირი ცვლილება არ ხდება - ერთი ელექტრომეტრი რჩება დამუხტული, მეორე დაუმუხტველი. თუ ღეროებს ლითონის მავთულით დააკავშირებთ, მაშინ ორივე ელექტრომეტრი დამუხტულია. უფრო მეტიც, თავდაპირველად დამუხტული ელექტრომეტრის ისრის გადახრა შემცირდება (სურ. 144).
ამ ექსპერიმენტის შედეგებიდან ორი მნიშვნელოვანი დასკვნის გამოტანა შეიძლება: ჯერ ერთი, ზოგიერთ მასალას (ლითონს) შეუძლია ელექტრო მუხტის გადაცემა, ზოგს (მინა, პლასტმასი, ხე) არა; მეორეც, გადასახადი შეიძლება შეიცვალოს, იყოს მეტ-ნაკლებად. იგივე ექსპერიმენტები შეიძლება განმეორდეს მეორე ტიპის ("ფისოვანი") ელექტროენერგიის გამოყენებით. შედეგები იგივე იქნება - მასალები, რომლებიც ატარებენ "მინის" ელექტროენერგიას, ატარებენ "ფისოვანი" ელექტროენერგიას. თუ "მინის" მუხტი გადანაწილებულია ელექტრომეტრებს შორის, მაშინ "ფისოვანი" მუხტიც იქცევა.
ასე რომ, ჩვენ შეგვიძლია დავყოთ მასალები ორ ჯგუფად - ისინი, რომლებიც გადასცემენ ელექტრო მუხტს (ამ მასალებს ე.წ დირიჟორები), და ისინი, რომლებიც არ გადასცემენ ელექტრულ მუხტს (მათ ეძახდნენ იზოლატორები). სხვათა შორის, ელექტრომეტრის ღერო გამოყოფილია სხეულიდან იზოლატორის ყდის დახმარებით, რათა ელექტრო მუხტი არ "გავრცელდეს" სხეულზე, არამედ დარჩეს ღეროზე და ისარზე.
ელექტრომეტრის ნემსის სხვადასხვა გადახრები ნათლად მიუთითებს იმაზე, რომ დამუხტულ სხეულებს შორის ურთიერთქმედების ძალა შეიძლება იყოს განსხვავებული და, შესაბამისად, მუხტების სიდიდე შეიძლება იყოს განსხვავებული. მაშასადამე, მუხტი შეიძლება ხასიათდებოდეს გარკვეული რიცხვითი მნიშვნელობით (და არა, როგორც ადრე ვთქვით - "არის, ან არ არის").
კიდევ ერთი საინტერესო შედეგი - თუ ხელით შეეხებით დამუხტული ელექტრომეტრის ღეროს, მაშინ ელექტრომეტრი გამორთულია - მუხტი ქრება. ამ თვისებრივი დაკვირვების საფუძველზეც კი შესაძლებელია ახსნას, სად ქრება მუხტი ხელის შეხებისას. ადამიანის სხეული არის გამტარი, ამიტომ მუხტი შეიძლება შევიდეს ადამიანის სხეულში.
მუხტის რაოდენობრივი ბუნების შესახებ ამ მოსაზრების დასადასტურებლად შეიძლება ჩატარდეს შემდეგი ექსპერიმენტი. ჩვენ ვმუხტავთ ერთ ელექტრომეტრს - აღვნიშნავთ ისრის გადახრის კუთხეს. ჩვენ მას ვუერთებთ მეორე ელექტრომეტრს - ისრის გადახრის კუთხე შესამჩნევად შემცირდება. ხელსაწყოებსა და ხელს შორის კონტაქტს ვხსნით, მეორე ელექტრომეტრს ვაცალკევებთ, რის შემდეგაც ისევ ვაერთებთ ელექტრომეტრებს - ისრის გადახრა ისევ შემცირდება. ამრიგად, ელექტრული მუხტი შეიძლება დაიყოს ნაწილებად. თქვენ ასევე შეგიძლიათ ჩაატაროთ საპირისპირო ექსპერიმენტი - ელექტრომეტრს თანდათან დაუმატოთ მუხტი.
"აურიეთ" ახლა, ორი ხელმისაწვდომი ტიპის ელექტროენერგია. ამისათვის ჩვენ ვმუხტავთ ერთ ელექტრომეტრს "მინის" ელექტროენერგიით, ხოლო მეორეს "ფისით", ვცდილობთ დავრწმუნდეთ, რომ ორივე ელექტრომეტრის ისრების საწყისი გადახრები დაახლოებით ერთნაირი იყოს. ამის შემდეგ ელექტრომეტრების ღეროებს ვაკავშირებთ ლითონის მავთულით (საიზოლაციო სახელურზე, რომ მუხტები არ გაიქცეს). ამ ექსპერიმენტის შედეგი შეიძლება გასაკვირი იყოს - ორივე ელექტროსკოპი განიმუხტა, ან "მინის" და "ფისის" ელექტროენერგია განეიტრალდა, ანაზღაურებდა ერთმანეთს (სურ. 145). შესაბამისად, შესაძლებელი აღმოჩნდება სხვადასხვა ტიპის მუხტისთვის სხვადასხვა ალგებრული ნიშნების მინიჭება - ერთ მუხტს დადებითი ვუწოდოთ, მეორეს უარყოფითი. გონივრულია ვივარაუდოთ, რომ ურთიერთქმედების ძალა დამოკიდებულია მთლიან მუხტზე. თუ თავდაპირველად ელექტრომეტრები დამუხტული იყო სხვადასხვა ტიპის ელექტროენერგიით, მაგრამ განსხვავებული ზომით (ისრების გადახრები განსხვავებულია) და შემდეგ ისინი დაკავშირებულია, მაშინ მოხდება მუხტების მხოლოდ ნაწილობრივი კომპენსაცია - ისრები გადახრილი იქნება, მაგრამ გაცილებით ნაკლები ზომით.
ისტორიულად, "მინის" მუხტს ეძახდნენ დადებითი, ხოლო "ფისოვანი" მუხტი გახდა უარყოფითი.
ჩვენს მიერ აღწერილი მოწყობილობა, ელექტრომეტრი, იძლევა მხოლოდ მუხტების სიდიდის ხარისხობრივ შეფასებას, მასთან ერთად რაოდენობრივი გაზომვების ჩატარება შეუძლებელია. სცადეთ, მაგალითად, მიიტანოთ ხელი დამუხტულ ელექტრომეტრთან (ღეროზე შეხების გარეშე) - ისრის გადახრა გაიზრდება! მიიტანეთ დამუხტული ჯოხი დაუმუხტავ ღეროზე ღეროსთან შეხების გარეშე - ისარი გადაიხრება, თუმცა ელექტრომეტრი არ არის დამუხტული. ამ ფაქტების ახსნას მოგვიანებით დავუბრუნდებით.
ფოლგის მსუბუქი ბურთები ორ ძაფზე დაკიდება და თითოეულ მათგანს აბრეშუმზე გახეხილი შუშის ღეროს შეხებით, ხედავთ, რომ ბურთები ერთმანეთს მოგერიდებათ. თუ შემდეგ ერთ ბურთულს შეეხებით აბრეშუმზე დაფქული შუშის ჯოხით, ხოლო მეორეს ბეწვზე დაფქული ებონიტის ღეროთი, მაშინ ბურთები ერთმანეთს მიიზიდავს. ეს ნიშნავს, რომ მინის და ებონიტის წნელები იძენენ სხვადასხვა ნიშნების ბრალდება , ე.ი. ბუნებაში არსებობს ორი სახის ელექტრული მუხტისაპირისპირო ნიშნების მქონე: დადებითი და უარყოფითი. ჩვენ შევთანხმდით, რომ მიგვაჩნია, რომ აბრეშუმზე გახეხილი შუშის ჯოხი იძენს დადებითი მუხტი და ბეწვზე გახეხილი ებონიტის ჯოხი იძენს უარყოფითი მუხტი .
ასევე აღწერილი ექსპერიმენტიდან გამომდინარეობს, რომ დამუხტული სხეულები ურთიერთქმედება ერთმანეთთან. მუხტების ამ ურთიერთქმედებას ელექტრული ეწოდება. სადაც მსგავსი გადასახადები, იმათ. იმავე ნიშნის ბრალდებით , მოგერიებენ ერთმანეთს და საპირისპირო მუხტები იზიდავს ერთმანეთს.
მოწყობილობა დაფუძნებულია მსგავსი დამუხტული სხეულების მოგერიების ფენომენზე ელექტროსკოპი- ინსტრუმენტი იმის დასადგენად, არის თუ არა მოცემული სხეული დამუხტული და ელექტრომეტრი, მოწყობილობა, რომელიც საშუალებას გაძლევთ შეაფასოთ ელექტრული მუხტის ღირებულება.
თუ დამუხტული სხეული ელექტროსკოპის ღეროს შეეხება, მაშინ ელექტროსკოპის ფოთლები გაიფანტება, რადგან ისინი იმავე ნიშნის მუხტს შეიძენენ. იგივე მოხდება ელექტრომეტრის ნემსით, თუ დამუხტული სხეული მის ღეროს შეეხო. ამ შემთხვევაში, რაც უფრო დიდია მუხტი, მით უფრო დიდია ისარი გადახრის კუთხით ღეროდან.
მარტივი ექსპერიმენტებიდან გამომდინარეობს, რომ დამუხტულ სხეულებს შორის ურთიერთქმედების ძალა შეიძლება იყოს მეტი ან ნაკლები, შეძენილი მუხტის სიდიდის მიხედვით. ამრიგად, შეგვიძლია ვთქვათ, რომ ელექტრული მუხტი, ერთი მხრივ, ახასიათებს სხეულის ელექტრული ურთიერთქმედების უნარს, ხოლო მეორე მხრივ, არის სიდიდე, რომელიც განსაზღვრავს ამ ურთიერთქმედების ინტენსივობას.
ბრალდება აღინიშნება ასოთი ქ , აღებულია მუხტის ერთეულად გულსაკიდი: [ქ ] = 1 კლ.
თუ ერთ ელექტრომეტრს შეეხებით დამუხტული ჯოხით, შემდეგ კი ამ ელექტრომეტრს ლითონის ღეროთი დააკავშირებთ მეორე ელექტრომეტრს, მაშინ პირველ ელექტრომეტრზე დამუხტვა გაიყოფა ორ ელექტრომეტრს შორის. ამის შემდეგ შეგიძლიათ ელექტრომეტრი დააკავშიროთ კიდევ რამდენიმე ელექტრომეტრს და დატენვა განაწილდება მათ შორის. ამრიგად, ელექტრული მუხტი აქვს გაყოფის თვისება . მუხტის გაყოფის ზღვარი, ე.ი. ყველაზე პატარა მუხტი, რომელიც ბუნებაში არსებობს, არის მუხტი ელექტრონი. ელექტრონის მუხტი უარყოფითია და ტოლია 1.6 * 10 -19 C. ნებისმიერი სხვა მუხტი არის ელექტრონის მუხტის ჯერადი.
§ 1 ორი სახის ელექტრული მუხტი. ელექტრული მუხტების ურთიერთქმედება
სამყაროს სტრუქტურა ჩამოყალიბებულია გრავიტაციული მიზიდულობით, მაგრამ მხოლოდ ეს ძალა გამოიწვევს შეუზღუდავ შეკუმშვას. იმისათვის, რომ სხეულების ზომები დარჩეს სტაბილური, საჭიროა ამაღელვებელი ძალა. ეს ძალები მოიცავს ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების ძალებს. ისინი იწვევენ ნაწილაკების მიზიდულობას და მოგერიებას. ელექტროდინამიკა არის ფიზიკის ფილიალი, რომელიც სწავლობს დამუხტული ნაწილაკების ელექტრომაგნიტურ ურთიერთქმედებას. ელექტროსტატიკა არის ელექტროდინამიკის განყოფილება, რომელიც სწავლობს უმოძრაო (სტატიკური) ელექტრული მუხტების ურთიერთქმედებას.
რა არის ელექტრული მუხტი? წარმოდგენის შესაქმნელად საჭიროა საწყისი ინფორმაცია, ცოდნა, გამოცდილება, ექსპერიმენტები და ჰიპოთეზები.
ელექტრული ურთიერთქმედება (გრავიტაციისგან განსხვავებით) არის არა მხოლოდ ურთიერთმიზიდულობა, არამედ მოგერიებაც.
ჩავატაროთ ექსპერიმენტი: ხახუნით ელექტრიფიცირებული ებონიტის ჯოხი ჯერ ერთ „სულთანს“, შემდეგ მეორეს მივაქვთ. დავინახავთ, რომ ფოთლები მოგერიდებათ, როცა „სულთნებს“ ერთმანეთთან მივაყვანთ (სურ. 1).
მეორე „სულთანს“ ვამაგრებთ აბრეშუმზე ნახმარი მინისგან დამზადებული ჯოხით. მივიყვანოთ პირველ „სულთანთან“ და დავინახოთ მათი ფოთლების მიზიდულობა (სურ. 2, 3).
ბუნებაში არსებული ელექტრული მუხტები (დადებითი და უარყოფითი) შეიძლება დადასტურდეს ამ ექსპერიმენტებით.
ელექტრული მუხტის მქონე სხეულები ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან შემდეგნაირად:
მიიზიდონ, თუ აქვთ საპირისპირო ნიშნის მუხტები (სურ. 4);
მოგერიება, თუ მათ აქვთ იგივე ნიშნის მუხტები (სურ. 5).
სხვადასხვა სხეულების ელექტრიფიკაციის პროცესში სხეულებს შორის ურთიერთქმედების ძალა იქნება მეტი (თუ სხეულს დიდი მუხტი აქვს) ან ნაკლები (თუ სხეულს აქვს მცირე მუხტი). ამრიგად, მუხტი არის ფიზიკური რაოდენობა და 1 გულსაკიდი (1C) ითვლება მუხტის ერთეულად.
ელექტრული მუხტი არის ფიზიკური საზომი, რომელიც ახასიათებს დამუხტული სხეულების ერთმანეთთან ურთიერთქმედების თვისებებს.
მუხტის უმცირესი ნაწილი არის ელემენტარული მუხტი, ის უდრის 1,6 10-19 C. ნებისმიერი სხეულის მუხტი არ შეიძლება იყოს ამ მნიშვნელობაზე ნაკლები.
თუ ებონიტის ჯოხს შალის ხელთათით დააელექტრებთ, შუშის ჯოხს კი აბრეშუმის შარფით, შემდეგ ჩხირებს ძაფებზე ჩამოკიდებთ, ხედავთ, რომ:
ებონიტი და მატყლი იზიდავს ერთმანეთს;
მინა და აბრეშუმი იზიდავს ერთმანეთს;
შუშა და მატყლი ერთმანეთს აგდებენ;
ებონიტი და აბრეშუმი ერთმანეთს აგდებენ.
ორ სხეულს ხახუნით ვალექტრირებთ, მაშინ როცა ისინი დატვირთულია თანაბარი სიდიდის და საპირისპირო ნიშნით მუხტებით. კონტაქტის გამო პირველი სხეული კარგავს ელექტრონებს, მეორე იძენს მათ. ამით შეიძლება აიხსნას, თუ რატომ იქნება ერთ სხეულზე ელექტრონების სიჭარბე (უარყოფითი მუხტი), ხოლო მეორეზე - დეფიციტი (დადებითი მუხტი).
დასკვნა: თუ სხეული უარყოფითად არის დამუხტული, მაშინ მას აქვს ელექტრონების სიჭარბე, მაგრამ თუ ის
დადებითად დამუხტული, მას აკლია ელექტრონები.
ორი ელექტრიფიცირებული სხეული იზიდავს ან მოგერიება, ეს დამოკიდებულია იმაზე, თუ როგორ ელექტრიფიცირებულია ისინი. სხეულები, რომლებიც ელექტრიფიცირებულია ხახუნის შედეგად, ყოველთვის მხოლოდ იზიდავს.
გამტარებლებში ზოგიერთ ელექტრონს შეუძლია გადავიდეს ერთი ატომიდან მეორეზე, ეს პროცესი ხდება იმის გამო, რომ ელექტრონები სუსტად არიან მიბმული ატომის ბირთვთან. მათ თავისუფალს უწოდებენ. სწორედ ეს ატომები უზრუნველყოფენ მუხტის გადაცემას (გამტარობას).
დიელექტრიკებში პრაქტიკულად არ არსებობს გამტარობა, რადგან მათ თითქმის არ აქვთ თავისუფალი ელექტრონები და „არავინ“ მუხტის გადასატანად.
ელექტრული თვისებების მიხედვით, ყველა ნივთიერება შეიძლება დაიყოს ორ ტიპად:
1. დიელექტრიკები – ნივთიერებები, რომლებსაც არ გააჩნიათ თავისუფალი მუხტები და არ აძლევენ ერთი სხეულის მუხტს სხვა სხეულებში „გადინების“ საშუალებას.
2. გამტარები არის სხეულები და ნივთიერებები, რომლებშიც არის თავისუფალი დამუხტული ნაწილაკები; მათ შეუძლიათ გადაადგილება, ხოლო მუხტის გადატანა სხეულის სხვა ნაწილებზე ან სხვა სხეულებზე.
მუხტების გატარების უნარის მიხედვით, ნივთიერებები შეიძლება დაიყოს გამტარებად: ლითონები, ნიადაგი, მარილების და მჟავების ხსნარები და ა.შ. და არაგამტარებად (დიელექტრიკა): ფაიფური, ებონიტი, მინა, გაზები, პლასტმასი და ა.შ. ნახევარგამტარებს მიეკუთვნება. მთელი რიგი ნივთიერებები, რომელთა გამტარობა დამოკიდებულია გარე პირობებზე (ტემპერატურა, განათება, მინარევების არსებობა).
ელექტრომეტრი არის ელექტრული მუხტების აღმოსაჩენი და მათი სავარაუდო მნიშვნელობის განსაზღვრის მოწყობილობა (ნახ. 6).
იმის დასადგენად, სხეული დამუხტულია თუ არა, შეგიძლიათ გამოიყენოთ ელექტრომეტრი. ამისათვის თქვენ უნდა მიიტანოთ სხეული A ბურთთან, თუ სხეული დამუხტულია, მაშინ B ისარი გადაიხრება. რატომ იკლებს იგი? დავუშვათ, სხეულს უარყოფითი მუხტი ჰქონდა, ე.ი. სხეულზე იყო ელექტრონების ჭარბი რაოდენობა. ბურთთან შეხებისას, ზოგიერთი ელექტრონი გადავა ელექტრომეტრზე. ბურთი იქნება უარყოფითად დამუხტული. ბურთი დაკავშირებულია ღეროსთან, ღერო კი ისრთან და ისინი ყველა გამტარები არიან, ელექტრონები გადაადგილდებიან ღეროზე, შემდეგ კი ისრისკენ. პლასტიკური საცობი დაგეხმარებათ ბურთის, ჯოხის, ისრის სისტემის იზოლირებაში. შესაბამისად, ჯოხი და ისარი მიიღებენ ერთსა და იმავე უარყოფით მუხტს და მოიგერიებენ, რითაც ისარი გადახრის. უფრო მეტიც, რაც უფრო დიდია მუხტი, მით მეტია ისრის გადახრის კუთხე. ელექტრომეტრი მხოლოდ საშუალებას გაძლევთ შეაფასოთ მუხტის სიდიდე, ე.ი. ამბობენ, რომ ერთ სხეულს მეორეზე მეტი მუხტი აქვს. ელექტრომეტრის გამოყენებით შეუძლებელია მცირე მუხტის არსებობის დადგენა, რადგან. მცირე მუხტით მსგავსი მუხტების მომგერიებელი ძალა არ იქნება საკმარისი ისრის გადასახვევად, ე.ი. ელექტრომეტრის გამოყენებით შეუძლებელია მცირე მუხტის არსებობის დადგენა. რატომ უბრუნდება ისარი თავდაპირველ პოზიციას დამუხტვის არარსებობის შემთხვევაში? ისარი მიდრეკილია დაიკავოს ვერტიკალური პოზიცია, რადგან ისრის დაკიდების წერტილი არის სიმძიმის ცენტრის ზემოთ.
USE კოდიფიკატორის თემები: სხეულების ელექტრიზაცია, მუხტების ურთიერთქმედება, მუხტის ორი ტიპი, ელექტრული მუხტის შენარჩუნების კანონი.
ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედებაბუნებაში ერთ-ერთი ყველაზე ფუნდამენტური ურთიერთქმედებაა. ელასტიურობისა და ხახუნის ძალები, გაზის წნევა და მრავალი სხვა შეიძლება შემცირდეს მატერიის ნაწილაკებს შორის ელექტრომაგნიტურ ძალებამდე. თავად ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება აღარ არის დაყვანილი სხვა, უფრო ღრმა ტიპის ურთიერთქმედებებამდე.
ურთიერთქმედების თანაბრად ფუნდამენტური ტიპია გრავიტაცია - ნებისმიერი ორი სხეულის გრავიტაციული მიზიდულობა. თუმცა, არსებობს რამდენიმე მნიშვნელოვანი განსხვავება ელექტრომაგნიტურ და გრავიტაციულ ურთიერთქმედებებს შორის.
1. ყველას არ შეუძლია მონაწილეობა მიიღოს ელექტრომაგნიტურ ურთიერთქმედებებში, მაგრამ მხოლოდ დამუხტულიასხეულები (აქვს ელექტრული მუხტი).
2. გრავიტაციული ურთიერთქმედება ყოველთვის არის ერთი სხეულის მიზიდულობა მეორეზე. ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება შეიძლება იყოს როგორც მიზიდულობა, ასევე მოგერიება.
3. ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება ბევრად უფრო ინტენსიურია ვიდრე გრავიტაციული. მაგალითად, ორი ელექტრონის ელექტრული მოგერიების ძალა რამდენჯერმე აღემატება ერთმანეთის მიმართ მათი გრავიტაციული მიზიდულობის ძალას.
ყველა დამუხტულ სხეულს აქვს გარკვეული რაოდენობის ელექტრული მუხტი. ელექტრული მუხტი არის ფიზიკური სიდიდე, რომელიც განსაზღვრავს ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების სიძლიერეს ბუნების ობიექტებს შორის.. დამუხტვის ერთეული არის გულსაკიდი(CL).
ორი სახის გადასახადი
ვინაიდან გრავიტაციული ურთიერთქმედება ყოველთვის მიზიდულობაა, ყველა სხეულის მასა არაუარყოფითია. მაგრამ ეს არ ეხება ბრალდებებს. ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების ორი ტიპი - მიზიდულობა და მოგერიება - მოხერხებულად არის აღწერილი ორი ტიპის ელექტრული მუხტის შემოღებით: დადებითიდა უარყოფითი.
სხვადასხვა ნიშნის მუხტები იზიდავს ერთმანეთს, ხოლო სხვადასხვა ნიშნის მუხტები იგერიებენ ერთმანეთს. ეს ილუსტრირებულია ნახ. ერთი ; ძაფებზე დაკიდებულ ბურთებს ეძლევათ ამა თუ იმ ნიშნის მუხტი.
ბრინჯი. 1. ორი სახის მუხტის ურთიერთქმედება
ელექტრომაგნიტური ძალების ყოვლისმომცველი გამოვლინება აიხსნება იმით, რომ დამუხტული ნაწილაკები იმყოფება ნებისმიერი ნივთიერების ატომში: დადებითად დამუხტული პროტონები ატომის ბირთვის ნაწილია, ხოლო უარყოფითად დამუხტული ელექტრონები მოძრაობენ ბირთვის გარშემო ორბიტებში.
პროტონისა და ელექტრონის მუხტები ტოლია აბსოლუტური მნიშვნელობით, ხოლო პროტონების რაოდენობა ბირთვში უდრის ელექტრონების რაოდენობას ორბიტებში და, შესაბამისად, გამოდის, რომ ატომი მთლიანობაში ელექტრული ნეიტრალურია. ამიტომ, ნორმალურ პირობებში, ჩვენ ვერ ვამჩნევთ ელექტრომაგნიტურ ეფექტს გარემომცველი სხეულებიდან: თითოეული მათგანის ჯამური მუხტი ნულის ტოლია და დამუხტული ნაწილაკები თანაბრად ნაწილდება სხეულის მთელ მოცულობაში. მაგრამ თუ ელექტრული ნეიტრალიტეტი ირღვევა (მაგალითად, შედეგად ელექტრიფიკაცია) სხეული მაშინვე იწყებს მოქმედებას მიმდებარე დამუხტულ ნაწილაკებზე.
რატომ არის ზუსტად ორი ტიპის ელექტრული მუხტი და არა მათი სხვა რაოდენობა, ამჟამად უცნობია. ჩვენ შეგვიძლია მხოლოდ იმის მტკიცება, რომ ამ ფაქტის პირველადად მიღება იძლევა ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედებების ადეკვატურ აღწერას.
პროტონის მუხტი არის Cl. ელექტრონის მუხტი მის საპირისპიროა ნიშნით და უდრის C-ს. ღირებულება
დაურეკა ელემენტარული მუხტი. ეს არის მინიმალური შესაძლო მუხტი: ექსპერიმენტებში არ იქნა ნაპოვნი თავისუფალი ნაწილაკები მცირე მუხტით. ფიზიკას ჯერ არ შეუძლია ახსნას, რატომ აქვს ბუნებას ყველაზე პატარა მუხტი და რატომ არის მისი სიდიდე ზუსტად ეს.
ნებისმიერი სხეულის მუხტი ყოველთვის არის ჯამი მთელიელემენტარული გადასახადების რაოდენობა:
თუ , მაშინ სხეულს აქვს ელექტრონების ჭარბი რაოდენობა (პროტონების რაოდენობასთან შედარებით). თუ, პირიქით, სხეულს აკლია ელექტრონები: მეტი პროტონია.
სხეულების ელექტროფიკაცია
იმისათვის, რომ მაკროსკოპულმა სხეულმა მოახდინოს ელექტრული გავლენა სხვა სხეულებზე, ის უნდა იყოს ელექტრიფიცირებული. ელექტრიფიკაცია- ეს არის სხეულის ან მისი ნაწილების ელექტრული ნეიტრალიტეტის დარღვევა. ელექტრიფიკაციის შედეგად სხეული ხდება ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების უნარი.
სხეულის ელექტრიფიკაციის ერთ-ერთი გზაა მასზე ელექტრული მუხტის მიცემა, ანუ მოცემულ სხეულში იმავე ნიშნის მუხტების სიჭარბის მიღწევა. ამის გაკეთება მარტივია ხახუნით.
ასე რომ, შუშის ღეროს აბრეშუმით გახეხვისას, მისი უარყოფითი მუხტების ნაწილი აბრეშუმზე მიდის. შედეგად, ჯოხი დადებითად იმუხტება, აბრეშუმი კი უარყოფითად. მაგრამ როდესაც ებონიტის ჯოხს მატყლით ასხამენ, უარყოფითი მუხტების ნაწილი მატყლიდან ჯოხზე გადადის: ჯოხი უარყოფითად არის დამუხტული, მატყლი კი დადებითად.
სხეულების ელექტრიფიკაციის ამ მეთოდს ე.წ ელექტრიფიკაცია ხახუნით. ყოველ ჯერზე, როცა თავზე სვიტერს იხსნით, ელექტრიფიკაციას ხვდებით ხახუნის შედეგად ;-)
ელექტრიფიკაციის სხვა სახეობას ე.წ ელექტროსტატიკური ინდუქცია, ან ელექტრიფიკაცია გავლენის გზით. ამ შემთხვევაში, სხეულის მთლიანი მუხტი რჩება ნულის ტოლი, მაგრამ გადანაწილებულია ისე, რომ სხეულის ზოგიერთ ნაწილში დადებითი მუხტი გროვდება, ზოგში კი უარყოფითი მუხტი.
ბრინჯი. 2. ელექტროსტატიკური ინდუქცია
მოდით შევხედოთ ლეღვს. 2. ლითონის სხეულიდან გარკვეულ მანძილზე არის დადებითი მუხტი. ის იზიდავს ლითონის უარყოფით მუხტებს (თავისუფალი ელექტრონები), რომლებიც გროვდება სხეულის ზედაპირის მუხტთან ყველაზე ახლოს მდებარე ადგილებში. შორეულ რეგიონებში რჩება არაკომპენსირებული დადებითი მუხტები.
იმისდა მიუხედავად, რომ მეტალის სხეულის მთლიანი მუხტი ნულის ტოლი იყო, სხეულში მოხდა მუხტების სივრცითი გამიჯვნა. თუ ახლა სხეულს გავყოფთ წერტილოვანი ხაზის გასწვრივ, მაშინ მარჯვენა ნახევარი უარყოფითად იქნება დამუხტული, ხოლო მარცხენა ნახევარი დადებითად.
თქვენ შეგიძლიათ დააკვირდეთ სხეულის ელექტრიფიკაციას ელექტროსკოპის გამოყენებით. მარტივი ელექტროსკოპი ნაჩვენებია ნახ. 3 (სურათი en.wikipedia.org-დან).
ბრინჯი. 3. ელექტროსკოპი
რა ხდება ამ შემთხვევაში? დადებითად დამუხტული ღერო (მაგალითად, ადრე გახეხილი) მოჰყავთ ელექტროსკოპის დისკზე და აგროვებს მასზე უარყოფით მუხტს. ქვემოთ, ელექტროსკოპის მოძრავ ფოთლებზე, რჩება არაკომპენსირებული დადებითი მუხტები; ერთმანეთისგან დაშორებით, ფოთლები სხვადასხვა მიმართულებით განსხვავდება. თუ კვერთხს ამოიღებთ, მაშინ მუხტები თავის ადგილს დაუბრუნდება და ფოთლები უკან დაეცემა.
გრანდიოზული მასშტაბის ელექტროსტატიკური ინდუქციის ფენომენი შეინიშნება ჭექა-ქუხილის დროს. ნახ. 4 ჩვენ ვხედავთ ჭექა-ქუხილს, რომელიც მიდის დედამიწაზე.
ბრინჯი. 4. დედამიწის ელექტრიფიკაცია ჭექა-ქუხილით
ღრუბლის შიგნით არის სხვადასხვა ზომის ყინულის ნაკადები, რომლებიც ჰაერის აღმავალი დინების შედეგად ერთმანეთში ერევა, ერთმანეთს ეჯახება და ელექტრიფიცირებული ხდება. ამ შემთხვევაში გამოდის, რომ ღრუბლის ქვედა ნაწილში გროვდება უარყოფითი მუხტი, ზედა ნაწილში კი დადებითი მუხტი.
ღრუბლის უარყოფითად დამუხტული ქვედა ნაწილი დედამიწის ზედაპირზე დადებით მუხტებს იწვევს. ღრუბელსა და მიწას შორის უზარმაზარი ძაბვით ჩნდება გიგანტური კონდენსატორი. თუ ეს ძაბვა საკმარისია ჰაერის უფსკრულის გასარღვევად, მაშინ მოხდება გამონადენი - ელვა, თქვენთვის კარგად ცნობილი.
მუხტის შენარჩუნების კანონი
დავუბრუნდეთ ხახუნით ელექტრიფიკაციის მაგალითს - ჯოხის ტილოთი გახეხვა. ამ შემთხვევაში, ჯოხი და ქსოვილის ნაჭერი იძენენ მუხტებს სიდიდის თანაბარ და ნიშნით საპირისპირო. მათი ჯამური მუხტი, რადგან ურთიერთქმედებამდე ნულის ტოლი იყო, ურთიერთქმედების შემდეგ ნულის ტოლი რჩება.
ჩვენ აქ ვხედავთ მუხტის შენარჩუნების კანონირომელიც წერია: სხეულთა დახურულ სისტემაში მუხტების ალგებრული ჯამი უცვლელი რჩება ამ სხეულებთან მომხდარი ნებისმიერი პროცესისთვის.:
სხეულთა სისტემის დახურვა ნიშნავს, რომ ამ სხეულებს შეუძლიათ მუხტების გაცვლა მხოლოდ ერთმანეთში, მაგრამ არა მოცემული სისტემის გარე ობიექტებთან.
როდესაც ჯოხი ელექტრიფიცირებულია, არაფერია გასაკვირი მუხტის შენარჩუნებაში: რამდენმა დამუხტულმა ნაწილაკმა დატოვა ჯოხი - იგივე რაოდენობა მივიდა ქსოვილის ნაჭერზე (ან პირიქით). გასაკვირია, რომ უფრო რთულ პროცესებში, თან ახლავს ორმხრივი გარდაქმნებიელემენტარული ნაწილაკები და ნომრის შეცვლადამუხტული ნაწილაკები სისტემაში, მთლიანი მუხტი მაინც შენარჩუნებულია!
მაგალითად, ნახ. 5 გვიჩვენებს პროცესს, რომლის დროსაც ელექტრომაგნიტური გამოსხივების ნაწილი (ე.წ ფოტონი) იქცევა ორ დამუხტულ ნაწილაკად - ელექტრონად და პოზიტრონად. ასეთი პროცესი შესაძლებელია გარკვეულ პირობებში – მაგალითად, ატომის ბირთვის ელექტრულ ველში.
ბრინჯი. 5. ელექტრონ-პოზიტრონის წყვილის შექმნა
პოზიტრონის მუხტი აბსოლუტური მნიშვნელობით უდრის ელექტრონის მუხტს და მისი ნიშნით საპირისპიროა. მუხტის შენარჩუნების კანონი შესრულებულია! მართლაც, პროცესის დასაწყისში გვქონდა ფოტონი, რომლის მუხტი ნულის ტოლია და ბოლოს მივიღეთ ორი ნაწილაკი ნულოვანი ჯამური მუხტით.
მუხტის შენარჩუნების კანონი (უმცირესი ელემენტარული მუხტის არსებობასთან ერთად) დღეს არის პირველადი სამეცნიერო ფაქტი. ფიზიკოსებს ჯერ არ მიუღწევიათ იმის ახსნა, თუ რატომ იქცევა ბუნება ასე და არა სხვაგვარად. შეგვიძლია მხოლოდ იმის თქმა, რომ ეს ფაქტები დადასტურებულია მრავალი ფიზიკური ექსპერიმენტით.
