Proton və elektronun yükü nədir? Proton elementar hissəcikdir
20-ci əsrin əvvəllərinə qədər elm adamları atomun maddənin ən kiçik bölünməz hissəciyi olduğuna inanırdılar, lakin bunun yanlış olduğu ortaya çıxdı. Əslində, atomun mərkəzində müsbət yüklü protonlar və neytral neytronlar olan nüvəsi yerləşir və mənfi yüklü elektronlar nüvənin ətrafındakı orbitallarda fırlanır (atomun bu modeli 1911-ci ildə E. Ruterford tərəfindən təklif edilmişdir). Maraqlıdır ki, proton və neytronların kütlələri demək olar ki, bərabərdir, lakin elektronun kütləsi təxminən 2000 dəfə azdır.
Atomda həm müsbət, həm də mənfi yüklü hissəciklər olsa da, onun yükü neytraldır, çünki bir atom eyni sayda proton və elektrona malikdir və fərqli yüklü hissəciklər bir-birini neytrallaşdırır.
Daha sonra elm adamları elektronların və protonların eyni miqdarda yükə malik olduğunu, 1,6 10 -19 C-ə bərabər olduğunu aşkar etdilər (C SI sistemində bir kulondur, elektrik yükü vahididir.
Heç bir sual üzərində düşünmüsünüzmü - 1 C yükə hansı sayda elektron uyğun gəlir?
1/(1,6·10 -19) = 6,25·10 18 elektron
Elektrik enerjisi
Elektrik yükləri bir-birinə təsir edir, bu da şəklində özünü göstərir elektrik qüvvəsi.
Bir cismin artıq elektronları varsa, o, ümumi mənfi elektrik yükünə sahib olacaq və əksinə - elektronların çatışmazlığı varsa, bədənin ümumi müsbət yükü olacaq.
Maqnit qüvvələrinə bənzətməklə, eyni yüklü qütblər dəf etdikdə və əks yüklü qütblər cəlb edildikdə, elektrik yükləri də eyni şəkildə davranır. Bununla belə, fizikada elektrik yükünün qütbündən danışmaq kifayət deyil, onun ədədi dəyəri vacibdir;
Yüklənmiş cisimlər arasında təsir edən qüvvənin böyüklüyünü öyrənmək üçün təkcə yüklərin böyüklüyünü deyil, həm də onların arasındakı məsafəni bilmək lazımdır. Ümumdünya cazibə qüvvəsi əvvəllər nəzərdən keçirilmişdir: F = (Gm 1 m 2)/R 2
- m 1, m 2- bədən kütlələri;
- R- cisimlərin mərkəzləri arasındakı məsafə;
- G = 6,67 10 -11 Nm 2 / kq- universal qravitasiya sabiti.
Laboratoriya təcrübələri nəticəsində fiziklər elektrik yüklərinin qarşılıqlı təsir qüvvəsi üçün oxşar düstur əldə etdilər. Coulomb qanunu:
F = kq 1 q 2 /r 2
- q 1, q 2 - qarşılıqlı təsir göstərən yüklər, C ilə ölçülür;
- r - yüklər arasındakı məsafə;
- k - mütənasiblik əmsalı ( SI: k=8,99·10 9 Nm 2 Cl 2; SSSE: k=1).
- k=1/(4πε 0).
- ε 0 ≈8,85·10 -12 C 2 N -1 m -2 - elektrik sabiti.
Coulomb qanununa görə, əgər iki yük eyni işarəyə malikdirsə, onda onların arasında təsir edən F qüvvəsi müsbətdir (yüklər bir-birini itələyir); yüklərin əks işarələri varsa, təsir edən qüvvə mənfi olur (yüklər bir-birini çəkir).
1 C yükün gücünün nə qədər böyük olduğunu Coulomb qanunu ilə mühakimə etmək olar. Məsələn, hər biri 1 C olan iki yükün bir-birindən 10 metr məsafədə yerləşdiyini fərz etsək, onlar bir-birini güclə dəf edəcəklər:
F = kq 1 q 2 /r 2 F = (8,99 10 9) 1 1/(10 2) = -8,99 10 7 N
Bu, təxminən 5600 ton kütlə ilə müqayisə edilə bilən kifayət qədər böyük bir qüvvədir.
İndi Kulon qanunundan istifadə edərək elektronun dairəvi orbitdə hərəkət etdiyini fərz etsək, hidrogen atomunda hansı xətti sürətlə fırlandığını öyrənək.
Coulomb qanununa görə, elektrona təsir edən elektrostatik qüvvə mərkəzdənqaçma qüvvəsinə bərabər tutula bilər:
F = kq 1 q 2 /r 2 = mv 2 /r
Elektronun kütləsinin 9,1·10 -31 kq, orbitinin radiusunun = 5,29·10 -11 m olduğunu nəzərə alsaq, 8,22·10 -8 N qiymətini alırıq.
İndi elektronun xətti sürətini tapa bilərik:
8,22·10 -8 = (9,1·10 -31)v 2 /(5,29·10 -11) v = 2,19·10 6 m/s
Beləliklə, hidrogen atomunun elektronu öz mərkəzi ətrafında təxminən 7,88 milyon km/saat sürətlə fırlanır.
Sual bölməsində protonun yükü nədir? müəllif tərəfindən verilmişdir avropalıən yaxşı cavabdır əks işarəli elektronun yükü.
-dan cavab Korpuskulyar[quru]
q=1.6021917E-19 kulon (E-19 mənfi 19-cu gücə 10 deməkdir).
-dan cavab Böyümə[yeni başlayan]
1.6* 10^(-19) hüceyrə və ya 1 elektron
-dan cavab Heyət[usta]
Proton elementar hissəcikdir. Adronlara aiddir, spin 1/2, elektrik yükü +1 var. İzospin proyeksiyası +1/2 olan nuklon kimi qəbul edilir. Üç kvarkdan (bir d-kvark və iki u-kvark) ibarətdir. Stabil (çürümə kanalından asılı olmayaraq ömrünün aşağı həddi 2,9 × 1029 il, pozitron və neytral piona parçalanma üçün 1,6 × 1033 ildir). Proton kütləsi 938,271 998±0,000 038 MeV və ya 1,00 727 646 688±0,00 000 000 013 a. e.m və ya 1,672 622 964 ∙ 10−27 kq.
Hidrogen atomunun nüvəsi bir protondan ibarətdir. Kimyəvi mənada proton elektronsuz hidrogen atomunun nüvəsidir (daha doğrusu onun yüngül izotopu - protium). Fizikada proton p hərfi ilə simvollaşdırılır. Protonun (müsbət hidrogen ionunun) kimyəvi təyinatı H+, astrofiziki təyinatı isə HII-dir.
Protonlar (neytronlarla birlikdə) atom nüvələrinin əsas komponentləridir. Nüvənin yükü onun içindəki protonların sayı ilə müəyyən edilir
Proton yükü qpr = + e.
Protonun elektrik yükü=1,6*10^(–19) C
Protonun kütləsi elektronun kütləsindən təxminən 1840 dəfə böyükdür.
Əgər siz atomun quruluşu ilə tanışsınızsa, onda yəqin ki, hər hansı bir elementin atomunun üç növ elementar hissəcikdən ibarət olduğunu bilirsiniz: protonlar, elektronlar və neytronlar. Protonlar neytronlarla birləşərək atom nüvəsini əmələ gətirirlər. Protonun yükü müsbət olduğundan, atom nüvəsi həmişə müsbət yüklü olur. atom nüvəsi onu əhatə edən digər elementar hissəciklərin buludu ilə kompensasiya olunur. Mənfi yüklü elektron protonun yükünü sabitləşdirən atomun tərkib hissəsidir. Ətrafdakı atom nüvəsindən asılı olaraq, element ya elektrik cəhətdən neytral ola bilər (atomda bərabər sayda proton və elektron olduqda) və ya müsbət və ya mənfi yükə malik ola bilər (müvafiq olaraq elektronların çatışmazlığı və ya artıqlığı halında) ). Müəyyən bir yük daşıyan bir elementin atomuna ion deyilir.
Yadda saxlamaq lazımdır ki, elementlərin xassələrini və dövri cədvəldəki mövqeyini təyin edən protonların sayıdır. D.I.Mendeleyev. Atom nüvəsində olan neytronların heç bir yükü yoxdur. Protonların korrelyasiyalı olması və praktiki olaraq bir-birinə bərabər olması və elektronun kütləsinin onlarla müqayisədə cüzi olması (1836 dəfə az) səbəbindən atomun nüvəsindəki neytronların sayı çox mühüm rol oynayır, yəni : sistemin sabitliyini və nüvələrin sürətini təyin edir.
Bununla belə, yüklənmiş hissəciklərin kütlələri arasındakı uyğunsuzluğa görə protonlar və elektronlar fərqli xüsusi yüklərə malikdirlər (bu dəyər elementar hissəciyin yükünün onun kütləsinə nisbəti ilə müəyyən edilir). Nəticədə, protonun xüsusi yükü elektron üçün -1,758820088(39)·1011-ə qarşı 9,578756(27)·107 C/kq təşkil edir. Yüksək xüsusi yükə görə sərbəst protonlar maye mühitdə mövcud ola bilməz: onlar nəmləndirilə bilər.
Protonun kütləsi və yükü keçən əsrin əvvəllərində müəyyən edilmiş xüsusi dəyərlərdir. Bunu XX əsrin ən böyük kəşflərindən biri olan hansı alim etdi? Hələ 1913-cü ildə Ruterford, məlum olan bütün kimyəvi elementlərin kütlələrinin hidrogen atomunun kütləsindən tam sayda dəfə çox olmasına əsaslanaraq, hidrogen atomunun nüvəsinin atomun nüvəsinə daxil olduğunu irəli sürdü. hər hansı bir elementdən. Bir qədər sonra Ruterford bir azot atomunun nüvələrinin alfa hissəcikləri ilə qarşılıqlı təsirini tədqiq etdiyi bir təcrübə keçirdi. Təcrübə nəticəsində atomun nüvəsindən bir hissəcik uçdu, Ruterford bunu "proton" (yunanca "protos" sözündən - birinci) adlandırdı və onun hidrogen atomunun nüvəsi olduğunu fərz etdi. Fərziyyə bu elmi təcrübənin bulud kamerasında təkrarlanması ilə eksperimental olaraq sübuta yetirildi.
Həmin Ruterford 1920-ci ildə atom nüvəsində kütləsi protonun kütləsinə bərabər olan, lakin heç bir elektrik yükü daşımayan hissəciyin mövcudluğu haqqında fərziyyə irəli sürdü. Lakin Ruterfordun özü bu hissəciyi aşkar edə bilmədi. Lakin 1932-ci ildə onun tələbəsi Çadvik eksperimental olaraq atom nüvəsində neytronun - Ruterfordun proqnozlaşdırdığı hissəcik, kütləsi təxminən protona bərabər olduğunu sübut etdi. Neytronları aşkar etmək daha çətin idi, çünki onların elektrik yükü yoxdur və buna görə də digər nüvələrlə qarşılıqlı təsir göstərmirlər. Yükün olmaması neytronların çox yüksək nüfuzetmə qabiliyyətini izah edir.
Protonlar və neytronlar atom nüvəsində çox güclü bir qüvvə ilə bir-birinə bağlıdır. İndi fiziklər bu iki elementar nüvə hissəciyinin bir-birinə çox oxşar olması ilə razılaşırlar. Beləliklə, onların spinləri bərabərdir və nüvə qüvvələri onlara tamamilə bərabər təsir göstərir. Yeganə fərq odur ki, proton müsbət yükə malikdir, neytron isə ümumiyyətlə yükə malik deyil. Lakin elektrik yükünün nüvə qarşılıqlı təsirində heç bir mənası olmadığı üçün onu yalnız protonun bir növ nişanı kimi qəbul etmək olar. Əgər bir protonu elektrik yükündən məhrum etsəniz, o, fərdiliyini itirəcək.
Neytron 1932-ci ildə ingilis fiziki Ceyms Çadvik tərəfindən kəşf edilmişdir. Neytronun kütləsi 1,675·10-27 kq-dır ki, bu da elektronun kütləsindən 1839 dəfə çoxdur. Neytronun elektrik yükü yoxdur.
Kimyaçılar arasında atom kütləsi vahidindən və ya təxminən protonun kütləsinə bərabər olan daltondan (d) istifadə etmək adətdir. Bir protonun kütləsi və bir neytronun kütləsi təxminən bir atom kütləsi vahidinə bərabərdir.
2.3.2 Atom nüvələrinin quruluşu
Məlumdur ki, bir neçə yüz müxtəlif növ atom nüvəsi var. Nüvəni əhatə edən elektronlarla birlikdə müxtəlif kimyəvi elementlərin atomlarını əmələ gətirirlər.
Nüvələrin təfərrüatlı quruluşu müəyyən edilməsə də, fiziklər yekdilliklə nüvələrin proton və neytronlardan ibarət olduğunu qəbul edirlər.
Əvvəlcə misal olaraq deytrona baxaq. Bu, ağır hidrogen atomunun və ya deuterium atomunun nüvəsidir. Deytron protonla eyni elektrik yükünə malikdir, lakin onun kütləsi protonun elektrik yükündən təxminən iki dəfə çoxdur, lakin kütləsi protondan təxminən iki dəfə çoxdur. Deyteronun bir proton və bir neytrondan ibarət olduğuna inanılır.
Helium atomunun nüvəsi, həmçinin alfa hissəcik və ya helion adlanır, elektrik yükü protondan iki dəfə, kütləsi isə protondan təxminən dörd dəfə çoxdur. Alfa hissəciyinin iki proton və iki neytrondan ibarət olduğuna inanılır.
2.4 Atom orbitalı
Atom orbital, nüvənin ətrafındakı bir elektronun tapılma ehtimalı yüksək olan boşluqdur.
Orbitallarda hərəkət edən elektronlar elektron təbəqələri və ya enerji səviyyələri əmələ gətirir.
Enerji səviyyəsində elektronların maksimum sayı düsturla müəyyən edilir:
N = 2 n2 ,
Harada n– əsas kvant nömrəsi;
N- elektronların maksimum sayı.
Eyni əsas kvant nömrəsinə malik olan elektronlar eyni enerji səviyyəsindədir. N = 1,2,3,4,5 və s. dəyərləri ilə xarakterizə olunan elektrik səviyyələri K, L, M, N və s. Yuxarıdakı düstura görə birinci (nüvəyə ən yaxın) enerji səviyyəsində 2 elektron, ikincidə 8, üçüncüdə 18 elektron və s. ola bilər.
Əsas kvant nömrəsi atomlarda enerji dəyərini təyin edir. Ən az enerjiyə malik elektronlar birinci enerji səviyyəsindədir (n=1). Sferik formaya malik olan s-orbitalına uyğundur. s orbitalını tutan elektrona s elektronu deyilir.
n=2-dən başlayaraq enerji səviyyələri nüvə ilə bağlanma enerjisinə görə bir-birindən fərqlənən alt səviyyələrə bölünür. s-, p-, d- və f-alt səviyyələri var. Eyni formada yaşayan alt səviyyələr meydana gəlir.
İkinci enerji səviyyəsi (n=2) s orbitalına (2s orbital ilə işarələnir) və üç p orbitalına (2p orbital ilə işarələnir) malikdir. 2s elektronu nüvədən 1s elektronundan daha uzaqdadır və daha çox enerjiyə malikdir. Hər bir 2p-orbital digər iki p-orbitalın oxlarına perpendikulyar olan oxda yerləşən üçölçülü səkkiz fiqurunun formasına malikdir (px-, py-, pz orbitalları təyin olunur). p orbitalında tapılan elektronlara p elektronları deyilir.
Üçüncü enerji səviyyəsində üç alt səviyyə var (3s, 3p, 3d). d alt səviyyəsi beş orbitaldan ibarətdir.
Dördüncü enerji səviyyəsi (n=4) 4 alt səviyyəyə malikdir (4s, 4p, 4d və 4f). f alt səviyyəsi yeddi orbitaldan ibarətdir.
Pauli prinsipinə görə, bir orbitalda ikidən çox elektron ola bilməz. Orbitalda bir elektron varsa, ona qoşalaşmamış elektron deyilir. İki elektron varsa, onlar qoşalaşırlar. Üstəlik, qoşalaşmış elektronların əks spinləri olmalıdır. Sadələşdirilmiş şəkildə spin elektronların öz oxu ətrafında saat əqrəbi istiqamətində və saat yönünün əksinə fırlanması kimi təqdim edilə bilər.
Şəkildə. Şəkil 3 enerji səviyyələrinin və alt səviyyələrin nisbi təşkilini göstərir. Qeyd etmək lazımdır ki, 4s alt səviyyəsi 3d alt səviyyəsindən aşağıda yerləşir.
Atomlarda elektronların enerji səviyyələri və alt səviyyələr üzrə paylanması elektron düsturlardan istifadə etməklə təsvir edilir, məsələn:
Məktubun qarşısındakı rəqəm enerji səviyyəsinin nömrəsini, məktub elektron buludunun şəklini, məktubun yuxarısındakı sağdakı nömrə verilmiş bulud formasına malik elektronların sayını göstərir.
Qrafik elektron düsturlarda atom orbital kvadrat şəklində, elektron ox (fırlanma istiqaməti) kimi təsvir edilmişdir (Cədvəl 1).
Fəsil 9. Elementar ödənişlər. Elektron və proton
§ 9.1. Elektromaqnit kütləsi və yükü. Yükün mahiyyəti ilə bağlı sual
5-ci fəsildə biz ətalət mexanizmini öyrəndik, “inertial kütlə”nin nə olduğunu və elementar yüklərin hansı elektrik hadisələri və xassələrinin onu müəyyən etdiyini izah etdik. 7-ci fəsildə biz cazibə və “qravitasiya kütləsi” fenomeni üçün də eyni şeyi etdik. Məlum oldu ki, cisimlərin həm ətaləti, həm də cazibə qüvvəsi elementar hissəciklərin həndəsi ölçüsü və onların yükü ilə müəyyən edilir. Həndəsi ölçü tanış bir anlayış olduğundan, ətalət və cazibə kimi fundamental hadisələr yalnız bir az öyrənilmiş varlığa - "yük"ə əsaslanır. İndiyə qədər "şarj" anlayışı sirli və demək olar ki, mistikdir. Əvvəlcə elm adamları yalnız makroskopik yüklərlə məşğul olurdular, yəni. makroskopik cisimlərin yükləri. Elmdə elektrikin öyrənilməsinin başlanğıcında, artıqlığı və ya çatışmazlığı cisimlərin elektrikləşməsinə səbəb olan görünməz "elektrik mayeləri" haqqında fikirlərdən istifadə edilmişdir. Uzun müddət müzakirələr yalnız bir maye və ya iki: müsbət və mənfi olması ilə bağlı idi. Sonra bildilər ki, “elementar” yük daşıyıcıları, elektronlar və ionlaşmış atomlar, yəni. artıq elektronu və ya çatışmazlığı olan atomlar. Hətta sonralar "ən elementar" müsbət yük daşıyıcıları - protonlar kəşf edildi. Sonra məlum oldu ki, çoxlu "elementar" hissəciklər var və onların bir çoxunun elektrik yükü var və böyüklük baxımından bu yük həmişə
q 0 ≈ 1,602 10− 19 C yükün bəzi minimum aşkar edilən hissəsinin qatıdır. Bu
hissəsi “elementar yük” adlanırdı. Yük bir cismin elektrik qarşılıqlı təsirlərində və xüsusən də elektrostatik qarşılıqlı təsirlərdə iştirak dərəcəsini müəyyənləşdirir. Bu günə qədər elementar yükün nə olduğuna dair heç bir aydın izahat yoxdur. Yükün digər yüklərdən (məsələn, fraksiya yüklü kvarklardan) ibarət olması ilə bağlı hər hansı əsaslandırma izahat deyil, məsələnin sxolastik “bulanıklığı”dır.
Əvvəllər təyin etdiyimizdən istifadə edərək, özümüz ittihamlar haqqında düşünməyə çalışaq. Unutmayaq ki, yüklər üçün müəyyən edilmiş əsas qanun Coulomb qanunudur: iki yüklənmiş cismin qarşılıqlı təsir qüvvəsi onların yüklərinin böyüklüyünün hasilinə düz mütənasibdir və aralarındakı məsafənin kvadratına tərs mütənasibdir. Belə çıxır ki, Kulon qanununu hər hansı konkret artıq öyrənilmiş fiziki mexanizmlərdən çıxarsaq, bununla da yüklərin mahiyyətini anlamaqda bir addım atmış olarıq. Artıq dedik ki, elementar yüklər xarici aləmlə qarşılıqlı əlaqə baxımından tamamilə onların elektrik sahəsi ilə müəyyən edilir: quruluşu və hərəkəti. Və dedilər ki, ətalət və cazibənin izahından sonra elementar yüklərdə hərəkət edən elektrik sahəsindən başqa heç nə qalmayıb. Elektrik sahəsi isə vakuum, efir, plenumun pozulmuş vəziyyətlərindən başqa bir şey deyil. Yaxşı, gəlin ardıcıl olaq və elektron və onun yükünü hərəkət edən sahəyə endirməyə çalışaq! Biz artıq 5-ci fəsildə təxmin etdik ki, protonun yükünün işarəsi və həndəsi ölçüsü istisna olmaqla, elektrona tamamilə bənzəyir. Əgər elektronu hərəkət edən sahəyə endirməklə həm yükün işarəsini, həm də zərrəciklərin yük miqdarının ölçüyə görə müstəqilliyini izah edə bildiyimizi görsək, onda bizim tapşırığımız ən azı birinci yaxınlaşmaya qədər tamamlanacaq.
§ 9.2. Qəribə cərəyanlar və qəribə dalğalar. Düz elektron
Əvvəlcə r 0 radiuslu dairəvi yol boyunca hərəkət edən halqa yükünün son dərəcə sadələşdirilmiş model vəziyyətini (şək. 9.1) nəzərdən keçirək. Və ümumiyyətlə ona icazə verin
elektrik neytral, yəni. onun mərkəzində əks işarəli yük var. Bu, "düz elektron" adlanır. Biz əsl elektronun belə olduğunu iddia etmirik, sadəcə olaraq, düz, iki ölçülü halda sərbəst elementar yükə ekvivalent elektrik neytral obyekti əldə etməyin mümkün olub-olmadığını hələlik anlamağa çalışırıq. Efirin əlaqəli yüklərindən (vakuum, plenum) yükümüzü yaratmağa çalışaq. Müəyyənlik üçün halqanın yükü mənfi olsun və üzük saat əqrəbi istiqamətində hərəkət etsin (şək. 9.1). Bu halda I t cərəyanı saat əqrəbinin əksi istiqamətində axır. Kiçik seçək
halqa yükünün elementi dq və ona kiçik bir uzunluq dl təyin edin. Aydındır ki, zamanın hər anında dq elementi tangensial sürətlə v t və normal sürətlənmə a n ilə hərəkət edir. Belə bir hərəkətlə di elementinin ümumi cərəyanını əlaqələndirə bilərik -
vektor kəmiyyəti. Bu dəyər sabit tangensial cərəyan kimi göstərilə bilər dI t, daim axını ilə istiqamətini "çevirir"
zaman, yəni sürətlənmişdir. Yəni sahib olmaq normal sürətlənmə dI&n. Çətinlik
daha ətraflı nəzərdən keçirilməsi onunla əlaqədardır ki, indiyə qədər fizikada biz əsasən sürətlənməsi cərəyanın öz istiqaməti ilə eyni düz xətt üzərində olan alternativ cərəyanları nəzərdən keçirmişik. Bu vəziyyətdə vəziyyət fərqlidir: cərəyan perpendikulyar onun sürətlənməsinə. Və nə? Bu, əvvəllər qəti şəkildə müəyyən edilmiş fizika qanunlarını qüvvədən salırmı?
düyü. 9.1. Halqa cərəyanı və onun sınaq yükünə qüvvə təsiri
Onun maqnit sahəsi elementar cərəyanın özü ilə bağlı olduğu kimi (Bio-Savart-Laplas qanununa görə), elementar cərəyanın sürətlənməsi də əvvəlki fəsillərdə göstərdiyimiz kimi, induksiyanın elektrik sahəsi ilə bağlıdır. Bu sahələr xarici q yükü üzərində F qüvvə hərəkəti edir (şək. 9.1). Radius r 0 sonlu olduğundan, hərəkətlər
Halqanın sağ yarısının (şəklə görə) elementar cərəyanları sol yarısının elementar cərəyanlarının əks təsiri ilə tamamilə kompensasiya edilə bilməz.
Beləliklə, halqa cərəyanı arasında I və xarici sınaq yükü q olmalıdır
qüvvənin qarşılıqlı təsiri yaranır.
Nəticədə, biz spekulyativ olaraq bütövlükdə tikintidə tamamilə elektrik neytral olacaq, lakin halqa cərəyanı ehtiva edən bir obyekt yarada biləcəyimizi tapdıq. Vakuumda halqa cərəyanı nədir? Bu yan cərəyandır. Biz onu əks yüklərin tam qalan hissəsi ilə əlaqəli mənfi (və ya əksinə - müsbət) vakuum yüklərinin dairəvi hərəkəti kimi təsəvvür edə bilərik.
V Mərkəz. O, həmçinin müsbət və mənfi bağlı yüklərin birgə dairəvi hərəkəti kimi də təsəvvür edilə bilər, lakin müxtəlif sürətlərdə və ya müxtəlif radiuslar və ya
V fərqli tərəflər... Nəhayət, vəziyyətə necə baxsaq da, belə olacaq
fırlanan elektrik sahəsinə E azaltmaq, bir dairədə bağlıdır . Bu maqnit sahəsi yaradır B, cərəyanların axması və əlavə, məhdud olmayan cr ilə əlaqəli saat hom elektrik sahəsi Eind , bu cərəyanların olması səbəbindən sürətləndirdi.
Həqiqi elementar yüklərin (məsələn, elektronların) yaxınlığında müşahidə etdiyimiz budur! Budur "elektrostatik" qarşılıqlı təsirin fenomenologiyası. Elektron yaratmaq üçün pulsuz yüklər (fraksiya və ya digər yük qiymətləri ilə) tələb olunmur. Sadəcə kifayətdir bağlı vakuum yükləri! Unutmayın ki, müasir anlayışlara görə, foton da hərəkət edən elektrik sahəsindən ibarətdir və ümumiyyətlə elektrik cəhətdən neytraldır. Bir foton bir halqaya "əyilirsə", onda bir yük olacaq, çünki onun elektrik sahəsi indi düz və bərabər şəkildə deyil, sürətlə hərəkət edəcəkdir. İndi müxtəlif işarəli yüklərin necə əmələ gəldiyi aydın olur: əgər “halqa modeli”ndə (şək. 9.1) E sahəsi hissəciyin mərkəzindən periferiyaya yönəlibsə, onda yük bir işarəlidir, əgər əksinə. , sonra digərindən. Bir elektronu (və ya pozitronu) açsaq, bir foton yaradırıq. Əslində, bucaq impulsunu qorumaq ehtiyacından ötəri, bir yükü fotona çevirmək üçün iki əks yük götürməli, onları bir araya gətirməli və nəticədə iki elektrik neytral fotonu əldə etməlisiniz. Bu fenomen (annihilasiya reaksiyası) əslində təcrübələrdə müşahidə olunur. Beləliklə, bir ittiham budur - bu elektrik sahəsinin fırlanma anı! Sonra, biz düsturlar və hesablamalar aparmağa çalışacağıq və dəyişən əyilmə cərəyanı vəziyyətinə tətbiq olunan induksiya qanunlarından Coulomb qanununu çıxaracağıq.
§ 9.3. Faradeyin induksiya qanununun nəticəsi olaraq Coulomb qanunu
Göstərək ki, ikiölçülü (düz) yaxınlaşmada elektron elektrostatik mənada cərəyanın dairəvi hərəkətinə bərabərdir və bu cərəyanın böyüklüyü r 0 radiusu boyunca sürətlə hərəkət edən q 0 yük cərəyanına bərabərdir. işıq sürətinə bərabər c .
Bunun üçün ümumi dairəvi cərəyanı I (şəkil 9.1) elementar cərəyanlara bölürük İdl, sınaq yükünün q yerləşdiyi nöqtədə hərəkət edən dE ind hesablayırıq və halqa üzərində inteqrasiya edirik.
Beləliklə, bizim vəziyyətimizdə halqadan axan cərəyan bərabərdir:
(9.1) I = q 0 v = q 0 c . 2 π r 0 2 π r 0
Bu cərəyan əyri, yəni sürətlənmiş olduğundan, elədir
dəyişənlər:
İ.Misyuçenko |
Allahın son sirri |
|||||||
dt 2 π r |
2πr |
|||||||
burada a - c sürəti ilə dairədə hərəkət edərkən hər bir cərəyan elementinin yaşadığı mərkəzdənqaçma sürətidir.
Kinematikadan məlum olan ifadəni a = c 2 sürətlənməsi ilə əvəz edərək əldə edirik: r 0
q0 c2 |
||||||
2πr |
2 π r 2 |
|||||
Aydındır ki, cari element üçün törəmə düsturla ifadə olunacaq:
dl = |
q0 c2 |
dl. |
|||||
2πr |
2 π r 2 |
||||||
Biot-Savart-Laplas qanunundan aşağıdakı kimi, hər bir cari element Idl sınaq yükünün yerləşdiyi nöqtədə “elementar” maqnit sahəsi yaradır:
(9.5) dB = |
mən[ dl , rr ] |
|||
4-cü fəsildən məlum olur ki, elementar cərəyanın dəyişən maqnit sahəsi elektrik cərəyanını yaradır:
(9.6) dE r = v r B dB r = |
μ 0 |
|||||||||
mən[dl,r] |
||||||||||
İndi (9.4) elementar dairəvi cərəyanın törəməsinin qiymətini bu ifadədə əvəz edək:
dl sin(β) |
|||||||||||
dE = |
|||||||||||
2 π r 2 |
|||||||||||
Bu elementar elektrik sahəsinin güclərini cari kontur boyunca, yəni dairədə müəyyən etdiyimiz bütün dl üzərində inteqrasiya etmək qalır:
q0 c2 |
günah(β) |
r 2 ∫ |
günah(β) |
||||||||
E = ∫ dE = ∫ 8 π |
2 π r 2 |
dl = |
16 π 2 ε |
dl. |
|||||||
Asanlıqla görmək olar (Şəkil 9.1) bucaqlar üzərində inteqrasiya aşağıdakıları verəcəkdir:
(9.9) ∫ |
günah(β) |
4 π r 2 |
|||
dl = 2 π r0 |
r 2 0 |
r 2 0. |
Müvafiq olaraq sınaq yükünün yerləşdiyi nöqtədə əyrixətti cərəyanımızdan induksiya E ind elektrik sahəsinin gücünün ümumi dəyəri bərabər olacaqdır.
