1.Зарядталған микробөлшектер. Олардың сипаттамасы. Зарядтардың сақталу заңы.

Кезкелген заттың зарядталуы – құрамында зарядталған еркін бөлшектердің болуы, оның атомдары мен молекулаларының құрамында микроскопиялық бӛлшектер-протондар және заряды нольге тең нейтрондар, ал атомның электрондық қабыршақтарында – теріс зарядты микроскопиялық бӛлшектер - электрондар болатыны белгілі. Зарядтарды микроскопиялық тасымалдаушылар – олар, зарядталған бөлшектер және иондар. Олар оң да теріс те болуы мүмкін. Электрон нүктелік бөлшек ретінде қарастырылады, оның ішкі электромагниттік құрылымы әлі табылған жоқ. Протон - күрделі бӛлшек, оның заряды м аумағында белгілі бір заңдылықпен таралған.

Теория бойынша протон зарядтары +екі нүктелік кварк пен заряды -бір нүктелік кварктен тұрады деп қарастырылады. Нейтрон- атомдар

ядроларының құрамына кіретін негізгі бөлшек, оның толық заряды нольге

тең. Элементар бөлшектер теориясында нейтрондарды заряды -

екі нүктелік кварк пен заряды +бір нүктелік кварктен тұрады деп

қарастырылады. Қазігі уақытта еркін бос күйінде бөлшек зарядтар жоқ

(үлкен дәлдікпен эксперименттің көрсетуі, еркін кварктер болмайды

(байланысқан күйде-мүмкін)).

Зарядталған микробөлшектердің (электрон мен протонның) зарядтарының мәні тәжірибе жүзінде анықталған; ең кіші зарядтар екені белгілі. Электрон мен протон шексіз өмір сүретін материялық бөлшектер болып табылады, ал олардың элементар зарядтары инвариантты және жылдамдыққа тәуелсіз. Демек, олардың (,p) зарядтарыөзгермейді, кезкелген қозғалыста заряд сақталады. Мұндай аспектіде зарядтың сақталу заңы зарядты тасымалдаушылардың физикалық объектілер ретінде жойылмайтындығының және зарядтың инварианттылығының салдары. Бұған қосылатын тұжырым: кезкелген электрлік оқшауланған системада зарядтардың алгебралық қосындысы өзгермейді.

Табиғатта екі түрлі зарядтар кездеседі. Оларды шартты түрде оң (“+”)

және теріс (“–“) деп екі түрге бөледі. Аттас зарядтар бір бірінен тебіледі, ал

әр аттас зарядтар өз ара тартылады. Электр зарядтары үшін зарядтың сақталу

заңы деп аталатын заң орындалады: тұйықталған жүйедегі зарядтардың

алгебралық қосындысы жүйедегі кез келген өзгеріс кезінде өзгермеді.

2. Гаусс теоремасы.Оның қолданылуы.Гаусстың электростатикалық теоремасы электр өрісі кернеулігінің тұйық бет бойымен алынған ағыны сол беттің ішінде орналасқан зарядтардың арасындағы математикалық байланысты тағайындайды:

.Бұл жердегі -электр тұрақтысы.

Егер зарядтар үзіліссіз, координаттарға тәуелді, көлемдік тығыздықпен таралатын болса, онда Q

Бұл Q-тұйық s бетпен шектелген көлем ішіндегі толық заряд.

Гаусс теоремасының физикалық негізі Кулон заңы болып табылады; немесе басқаша айтқанда Гаусс теоремасы Кулон заңының интегралдық түрі деуге болады.

Гаусс теоремасы симметриялы электр өрістерін есептеу үшін кең

қолданылады. Бұл теореманы қолданып біркелкі зарядталған шексіз

жазықтың, сфераның, цилиндрдің өрісн оп-оңай есептеп шығуға болады.

Гаус теоремасының дифференциалдық түрі кеңістіктің белгілі бір

нүктесіндегі өріс кернеулігін сол нүктедегі заряд тығыздығымен байланыстырады:divE=

Радиусы r сфера беттің центрінде q заряд болсын. Ол зарядтың өрісінің кернеулігінің күш сызықтарын сфера бетті қияп жатады. Сонда сфера бетті қиып өтетін кернеулік векторының ағыны

(1.8)

(1.8) кез-келген формадағы тұйық бет үшін әруақытта орындалады. Егер біз n зарядты қамтитын кез-келген формалы тұйық бет алсақ, суперпозицияпринципі бойынша қорытқы өрістің кернеулігі, ал зарядтардың өрістерінің кернеуліктірінің қосындысына тең

Сондықтан

олай болса (1.9)

Сонда Гаусс теоремасы былай оқылады: кез-келген тұйық бетті қиып өтетін электр өрісінің кернеулік векторының ағыны сол беттің ішіндегі зарядтардың қосындысын -ге бөлгенге тең.

Жалпы жағдайда тұйық беттің ішіндегі зарядтардың алып жатқан көлемі V болса, онда зарядтың тығыздығы

болады.

Гаусс теоремасын пайдаланып әртүрлі жағдайдағы зарядтың, немесе зарядтар системасының өрістерінің кернеуліктерін анықтауға болады

3.Кулон заңы.Кулон заңының өрістік интерпретациясы. Зарядтар арасындағы өз ара әсер күшті Кулон тағайындаған. Ол Кулон

заңы деп аталады: Вакуумде орналасқан екі заряд бір бірімен зарядтардың

шамаларына тура пропорционал, ал ара қашықтықтарының квадратына

кері пропорционал күшпен әрекеттеседі. Бұл күш зарядтар центрін

қосатын түзу бойымен бағытталады. Ағылшын физигі Ш.Кулон күйектелі таразының көмегімен вакуумдегі бір-бірінен арақашықтықта тұрған нүктелік екі зарядтардың өзара әсерлесу күшін тәжірибе жасап анықтаған. Кулон заңы: Вакуумдегі нүктелік екі зарядтардың өзара әсерлесу күші, сол зарядтардың көбейтіндісіне тура пропорционалды, арақашықтықтарының квадратына кері пропорционал болады.

Әскрлесу күші зарядтарды қосатын түзудің бойымен болады, сондықтан Кулон күшін центрлік күш дейді. Зарядтардың таңбалары қарама-қарсы болса, онда олардың арасында тарту күші әсер етеді. , ал зарядтардың таңбалары бірдей болса, онда ондай зарядтар бірін-бірі тебедіболады. формуласын векторлық күйде былай жазамыз.

ХЖ жүйесінде пропорционалды коэффициент болады. Сонда ХЖ жүйесінде Кулон заңы былай жазылады.

Мұндағы - электрлік тұрақты; немесе;