Зарядтың беттік және көлемдік тығыздығы

 

МАЗМҰНЫ

Кіріспе........................................................................................ 3

1 Электр заряды ………………………………………………4

2 Зарядтардың қасиеттері…………………………………….5

3 Зарядтың беттік және көлемдік тығыздығы………………6

Қорытынды…………………………………………………….8

Қолданылған әдебиеттер тізімі………………………………9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КІРІСПЕ

      Электродинамика – бұл материяның  ерекше бiр түрiнiң – электромагниттiк  өрiстiң табиғатының заңдылықтары  мен қасиеттерi туралы, және электрлiк  зарядталған денелер немесе бөлшектердiң арасында өзара әсерлесуiн зерттейтiн ғылым.  
      Ғылымда ашылған (белгiлi) iргелi әсерлесудiң төрт түрi бар: гравитациялық, электромагниттiк, күштi (ядролық) және әлсiз (элементар бөлшектердiң өзгеруiн тудырады). Олардың арасында әр алуан әрi кең тараған электромагниттiк күштер – иiмдi күштер, үйкелiс, бiздiң бұлшық еттерiмiздiң күшi және басқалар. Егер денелер арасындағы арақашықтық олардың өлшемдерiмен салыстырғанда бiрнеше есе артық болса, онда зарядталған денелердiң формасы да, өлшемдерi де олардың өзара әсерлесуiне елеулi әсер етпейдi. Бұндай жағдайда ол денелердi нүктелiк дене ретiнде қарастыруға болады. Ұлы ағылшын ғалымы Майкл Фарадей, электр зарядтары бiр-бiрiне тiкелей әсер етпейдi деп жорамал жасайды. Олардың әрқайсысы қоршаған ортада электр өрiсiн туғызады. Бiр зарядтың өрiсi екiншi зарядқа әсер етедi, және керiсiнше. Зарядтан алыстаған сайын өрiс төмендейдi. Электр өрiсi тек қана бостықта ғана емес денелерде де бар бола алады. Шартты түрде бұндай денелердi өткiзгiштерге және диэлектриктерге (изоляторларға) бөледi.  
        Өткiзгiштер деп зарядталған бөлшектерi бар және олар электр өрiсiнiң әсерiнен орынауыстыруға қабiлеттi денелердi айтады. Бұл бөлшектердiң заряды еркiн зарядтар деп аталады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЭЛЕКТР ЗАРЯДЫ

 

       Электр заряды – бөлшектер мен денелердің сыртқы электрмагниттік өріспен өзара әсерін, сондай-ақ олардың электрмагниттік өрістерінің өзара байланысын анықтайтын негізгі сипаттамалардың бірі. Электр заряды 2 түрге ажыратылады және ол шартты түрде оң заряд және теріс заряд деп аталады. Аттас зарядтар бірін-бірі тебеді, ал әр аттас зарядтар бірін-бірі тартады. Дененің электр заряды оның құрамына енетін барлық бөлшектің электр зарядының алгебралық қосындысына тең. Электр заряды дискретті, яғни барлық бөлшектер мен денелердің электр заряды еселі болып келетін ең кіші элементар электр заряды болады. Оқшауланған электр жүйесінде зарядтың сақталу заңы орындалады. Қозғалмайтын электр зарядының арасындағы өзара әсер Кулон заңымен, ал электр заряды және оның электромагниттік өрісінің арасындағы байланыс Максвелл теңдеулерімен сипатталады. Заттағы өрісті қарастырған кезде электр заряды еркін заряд және байланысқан заряд болып ажыратылады. Электр зарядының бірліктердің халықаралық жүйесіндегі (СИ) өлшеу бірлігі – кулон (к). 

 

 

   

 

 

1-сурет. Магниттегі электр заряды.

 

      Электр заряды – денелердің немесе бөлшектердің электрмагниттік әрекеттесу қабілетін сипаттайтын физикалық шама.     

 Элементар заряд – шамасы электронның зарядына тең кішкентай оң немесе тең заряд (е≈1,6∙10^-19 кл).     

 Электр зарядтарының қасиеттері

- электр зарядтарының екі түрі бар: оң заряд және теріс. Аттас зарядтар  

 бір-бірінен тебіледі, әр аттас зарядтар бір-біріне  тартылады.

- электр заряды инвариантты,  яғни санақ жүйесінен тәуелсіз.

- электр заряды дискретті,  яғни кез келген дененің немесе  элементар  

 бөлшектің заряды элементар зарядқа бүтін еселі болады.

- электр заряды аддитивті,  яғни денелердің (бөлшектердің)  кез келген 

 тұйық жүйесінің заряды  осы жүйеге кіретін денелердің (бөлшектердің)  

 зарядтарының алгебралық  қосындысымен анықталады.     

Зарядтардың тұйық жүйесі – сыртқы қоршаған ортамен (денелермен) заряд алмаспайтын жүйе.

                                

ЗАРЯДТАРДЫҢ ҚАСИЕТТЕРІ   

Зарядтың сақталу заңы – кез келген тұйық жүйенің (электрлік оқшауланған)  электр зарядтарының алгебралық қосындысының өзгермейтіндігі (сол жүйе ішінде қандай да бір процестер жүрсе де) туралы табиғаттың іргелі дәл заңдарының бірі. Ол 18 ғасырда дәлелденген. Теріс электр зарядын тасушы электронның және электр зарядының шамасы электрон зарядына тең оң электр зарядты протонның ашылуы, электр зарядтарының өздігінше емес, бөлшектермен байланыста өмір сүретіндігін дәлелдеді (заряд бөлшектердің ішкі қасиеті болып саналады). Кейінірек электр заряды шамасы жөнінен электрон зарядына тең оң не теріс зарядты элементар бөлшектер ашылды. Сонымен, электр заряды дискретті: кез келген дененің заряды элементар электр зарядына еселі болып келеді. Әрбір бөлшектің өзіне тән белгілі бір электр заряды болатындықтан, бөлшектердің бір-біріне түрлену процесі болмаған жағдайда, зарядтың сақталу заңын бөлшектер саны сақталуының салдары ретінде қарастыруға болады. Мысалы, макроскопиялық дене зарядталған кезде зарядты бөлшектер саны өзгермейді, тек зарядтардың кеңістікте қайтадан тарала орналасуы өзгереді: зарядтар бір денеден басқа бір денеге ауысады.

                              

 

 

 

 

 

 

 

            

2- сурет. Аттас зарядтардың бірін-бірі тебуі, ал әр аттас зарядтардың бірін-бірі тартуы.

       Бөлшектерге бір-біріне түрлену процесі тән – элементар бөлшектер физикасында бір бөлшек жоғалады, бір бөлшек жаңадан пайда болады. Бұл жағдайда да зарядтың сақталу заңы қатаң сақталады, яғни бөлшектердің өзара әсерлесуі және түрленуі кезінде қосынды заряд өзгермейді. “Жаңа” зарядты бөлшектің пайда болуы не сондай заряды бар “ескі” бөлшектің жоғалуымен, не заряды оған қарама-қарсы зарядтар жұбының пайда болуымен (мысалы, бөлшек-антибөлшек жұбының пайда болу процесі) бір мезгілде өтеді. Оның үстіне, мұндай түрленулер кезінде зарядтың сақталу заңынан басқа да сақталу заңдары (энергияның сақталу заңы, қозғалыс мөлшерінің сақталу заңы, т.б.) орындалады.

       Зарядтың сақталу заңы энергияның сақталу заңымен бірге электронның орнықтылығын “түсіндіреді”. Электрон – (мезонға) ыдырауына энергияның сақталу заңы, ал оның өзінен гөрі жеңіл бейтарап (нейтрал) бөлшектерге (мысалы,p(және позитрон) – зарядталған бөлшектердің ең жеңілі. Сондықтан да ол ешуақытта ыдырамауға тиіс. Электронның өзінен гөрі ауыр зарядталған бөлшектерге (мысалы, мюонға,  фотонға, нейтриноға1021 жыл бойы жоғалтпайтындығынан көруге болады×) ыдырауына зарядтың сақталу заңы кедергі болады. Зарядтың сақталу заңының дәл орындалатындығын электронның өз зарядын 5-1021 жыл бойы жоғалтпайтындығынан көруге болады.

      Электр зарядының сақталу заңы: кез келген оқшауланған тұйық жүйеде зарядтардың алгебралық қосындысы осы    жүйе ішінде болып жатқан құбылыстарға байланыссыз  тұрақты болады.  

 

                                                                             (1)

 

ЗАРЯДТЫҢ БЕТТІК, СЫЗЫҚТЫҚ ЖӘНЕ КӨЛЕМДІК ТЫҒЫЗДЫҒЫ

      

     Зарядтың беттік тығыздығы - дененің жұқа беттік қабатындағы кейбір бөлікте орналасқан электр заряды шамасының осы бөліктің ауданына қатынасы.

     Зарядтың  таралу тығыздығы – электр зарядтарының берілген жүйеде  үздіксіз таралуын сипаттайтын физикалық шама.     

Зарядтың  сызықтық тығыздығы – электр зарядтарының сызық бойымен бірлік ұзындықта  үздіксіз таралуы:

 

                                   ,                                                                  (2)     

Зарядтың  беттік тығыздығы – электр зарядтарының беттің бірлік ауданында  үздіксіз таралуы: 

 

                                                                                                                        (3) 

    Зарядтың  көлемдік тығыздығы – электр зарядтарының жүйенің бірлік көлемінде  үздіксіз таралуы: 

 

                                                                                                                         (4)

 

        Зарядтың сызықтық тығыздығы ( linear charge density) — цилиндрлі формаға ие дененің екі көлденең қималарының арасындағы электр заряды шамасының аталған қималар арасындағы қашықтыққа қатынасы

       Зарядтың көлемдік тығыздығы (charge concentration) — қандай да бір көлем ішіндегі электрлік зарядының осы көлемнің шамасына қатынасы.

      Зарядтың беттік тығыздығы ( surface charge density) — дененің қандай да бір жұқа беттік қабатының бөлігінде орналасқан электрлік заряд шамасының осы бөліктің ауданына қатынасы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ҚОРЫТЫНДЫ

       Қозғалмайтын электр зарядтары практикада сирек қолданылады. Электр зарядтары бізге қызмет істеу үшін оларды қозғалысқа келтіру керек – электр тоғын туғызу керек. Электр тоғы үйлерді жарықтандыады, станоктарды қозғалысқа келтіреді, радиотолқындарды туғызады, барлық электрондық есептеуіш машиналарының жұмысын жүргізеді.  
        Мен зарядталған бөлшектер қозғалысының орташа қарапайым түрінен – тұрақты электр тоғына тоқталайын. Зарядталған бөлшектер қозғалғанда электр заряды бір орынана екінші орынға тасымалданады. Бірақ эарядталған бөлшектер реттсіз жылулық қозғалыста болса, мысалы, металдардағы еркін электрондар сияқты, онда зарядтардың тасымалдануы болмайды. Егер электрондар бейберекет қозғалыспен қатар реттелген қозғалысқа қаттысса ғана, өткізгіштердің қимасы арқылы электр заряды орын ауыстырады.  
Зарядталған бөлшектердің реттелген (бағытталған) қозғалысы электр тоғы деп аталады. Электр тоғы еркін электрондардың немесе иондардың реттелген орнын ауыстыруы кезінде ғана пайда болады.  
Дегенмен, егер бейтарап тұтас дене орнын ауыстырылса, ондағы қисапсыз көп электрондар мен атом ядроларының реттелген қозғалысына қарамастан, электр тоғы пайда болмайды. Бұл жағдайда өткізгіштің кез келген қимасы орын ауыстыратын толық заряд нөлге тең, өйткені таңбалары әр түрлі зарядтар бірдей орташа жылдамдықпен орын ауыстырады.  
Электр тоғының белгілі бір бағыты болады. Тоқтың бағытына оң зарядталған бөлшектердің қозғалыс бағыты болады. Егер ток теріс зарядталған бөлшкетердің қозғалысынан пайда болса, онда ток бағыты бөлшектер қозғалысының бағытына қарама- қарсы деп саналады.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ

1 Ақылбеков Ә. Механика, электр, магнетизм және тербелістер. Алматы, Білім: 1997 ж.

2 Шериязданов Е.А. Электромагниттік толқындардың таралу теориясы/Е.А.Шериязданов. – 2001

3 Ж.С. Ақылбаев, Қ.Т. Ермағамбетов Электр және магнетизм. Қарағанды, 2003

4 Мамырбекова Ғ. Қ. Тербелістер мен толқындар/Ғ. Қ. Мамырбекова. - 2009