किमान विद्युत शुल्क - इलेक्ट्रॉनचा चार्ज समान असतो. इलेक्ट्रिक चार्ज आणि त्याचे गुणधर्म

« भौतिकशास्त्र - इयत्ता 10 "

प्रथम सर्वात सोप्या केसचा विचार करूया, जेव्हा विद्युत चार्ज केलेले शरीर विश्रांती घेतात.

विद्युतभारित शरीराच्या समतोल स्थितीच्या अभ्यासासाठी समर्पित इलेक्ट्रोडायनामिक्सचा विभाग म्हणतात. इलेक्ट्रोस्टॅटिक्स.

इलेक्ट्रिक चार्ज म्हणजे काय?
काय आहेत आरोप?

शब्दांनी वीज, विद्युत चार्ज, विद्युत प्रवाहतुम्ही अनेक वेळा भेटलात आणि त्यांची सवय करून घेतली. परंतु या प्रश्नाचे उत्तर देण्याचा प्रयत्न करा: "इलेक्ट्रिक चार्ज म्हणजे काय?" संकल्पना स्वतः शुल्क- ही मुख्य, प्राथमिक संकल्पना आहे, जी आपल्या ज्ञानाच्या विकासाच्या सध्याच्या पातळीवर कोणत्याही सोप्या, प्राथमिक संकल्पनांमध्ये कमी केली जाऊ शकत नाही.

आपण प्रथम या विधानाचा अर्थ काय आहे हे शोधण्याचा प्रयत्न करूया: "दिलेल्या शरीरावर किंवा कणावर विद्युत चार्ज असतो."

सर्व शरीरे सर्वात लहान कणांपासून तयार केली जातात, जी साध्या कणांमध्ये अविभाज्य असतात आणि म्हणून त्यांना म्हणतात. प्राथमिक.

प्राथमिक कणांमध्ये वस्तुमान असते आणि त्यामुळे ते सार्वत्रिक गुरुत्वाकर्षणाच्या नियमानुसार एकमेकांकडे आकर्षित होतात. कणांमधील अंतर जसजसे वाढते तसतसे गुरुत्वाकर्षण बल या अंतराच्या वर्गाच्या व्यस्त प्रमाणात कमी होते. बहुतेक प्राथमिक कणांमध्ये, जरी सर्व नसले तरी, अंतराच्या वर्गासह उलट्या कमी होणाऱ्या शक्तीसह एकमेकांशी संवाद साधण्याची क्षमता देखील असते, परंतु हे बल गुरुत्वाकर्षणाच्या बलापेक्षा कितीतरी पटीने जास्त असते.

तर हायड्रोजन अणूमध्ये, आकृती 14.1 मध्ये योजनाबद्धपणे दर्शविलेले, इलेक्ट्रॉन केंद्रक (प्रोटॉन) कडे गुरुत्वाकर्षणाच्या बळापेक्षा 10 39 पट जास्त बलाने आकर्षित होतो.

जर सार्वत्रिक गुरुत्वाकर्षणाच्या बलांप्रमाणेच वाढत्या अंतराने कमी होणाऱ्या शक्तींसह कण एकमेकांशी संवाद साधत असतील, परंतु गुरुत्वाकर्षणाच्या शक्तींपेक्षा कितीतरी पटीने जास्त असतील, तर या कणांवर विद्युत चार्ज असल्याचे म्हटले जाते. कण स्वतःला म्हणतात शुल्क आकारले.

इलेक्ट्रिक चार्ज नसलेले कण आहेत, परंतु कणांशिवाय इलेक्ट्रिक चार्ज नाही.

चार्ज केलेल्या कणांच्या परस्परसंवादाला म्हणतात इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक.

इलेक्ट्रिक चार्ज इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक परस्परसंवादाची तीव्रता निर्धारित करते, ज्याप्रमाणे वस्तुमान गुरुत्वाकर्षणाच्या परस्परसंवादाची तीव्रता निर्धारित करते.

प्राथमिक कणाचा विद्युत चार्ज ही कणातील एक विशेष यंत्रणा नाही जी त्यातून काढून टाकली जाऊ शकते, त्याच्या घटक भागांमध्ये विघटित केली जाऊ शकते आणि पुन्हा एकत्र केली जाऊ शकते. इलेक्ट्रॉन आणि इतर कणांमध्ये विद्युत शुल्काची उपस्थिती म्हणजे त्यांच्यातील विशिष्ट शक्ती परस्परसंवादाचे अस्तित्व.

जर आम्हाला या परस्परसंवादाचे नियम माहित नसतील तर, आम्हाला, शुल्काबद्दल काहीही माहिती नाही. परस्परसंवादाच्या नियमांचे ज्ञान आमच्या शुल्काच्या आकलनामध्ये समाविष्ट केले पाहिजे. हे कायदे साधे नाहीत आणि त्यांना काही शब्दांत सांगणे अशक्य आहे. त्यामुळे संकल्पनेची पुरेशी समाधानकारक संक्षिप्त व्याख्या देणे अशक्य आहे. इलेक्ट्रिक चार्ज.

विद्युत शुल्काची दोन चिन्हे.

सर्व शरीरांमध्ये वस्तुमान असते आणि म्हणून ते एकमेकांना आकर्षित करतात. चार्ज केलेले शरीर दोन्ही एकमेकांना आकर्षित आणि दूर करू शकतात. ही सर्वात महत्त्वाची वस्तुस्थिती, तुम्हाला परिचित आहे, याचा अर्थ असा आहे की निसर्गात विरुद्ध चिन्हांचे विद्युत शुल्क असलेले कण आहेत; समान चिन्हाच्या शुल्काच्या बाबतीत, कण मागे हटवतात आणि भिन्न चिन्हांच्या बाबतीत, ते आकर्षित करतात.

प्राथमिक कणांचा चार्ज - प्रोटॉन, जे सर्व अणू केंद्रकांचे भाग आहेत, त्यांना धन आणि चार्ज म्हणतात इलेक्ट्रॉन- नकारात्मक. सकारात्मक आणि नकारात्मक शुल्कांमध्ये कोणतेही अंतर्गत फरक नाहीत. जर कण शुल्काची चिन्हे उलट झाली, तर विद्युत चुंबकीय परस्परसंवादाचे स्वरूप अजिबात बदलणार नाही.

मूलभूत शुल्क.

इलेक्ट्रॉन आणि प्रोटॉन व्यतिरिक्त, चार्ज केलेले प्राथमिक कणांचे आणखी बरेच प्रकार आहेत. परंतु मुक्त स्थितीत केवळ इलेक्ट्रॉन आणि प्रोटॉन अनिश्चित काळासाठी अस्तित्वात असू शकतात. उर्वरित चार्ज केलेले कण एका सेकंदाच्या दशलक्षांशांपेक्षा कमी जगतात. ते वेगवान प्राथमिक कणांच्या टक्कर दरम्यान जन्माला येतात आणि नगण्य काळासाठी अस्तित्वात असल्याने, क्षय होऊन इतर कणांमध्ये बदलतात. 11 व्या वर्गात तुम्हाला या कणांशी परिचित होईल.

इलेक्ट्रिकल चार्ज नसलेल्या कणांचा समावेश होतो न्यूट्रॉन. त्याचे वस्तुमान प्रोटॉनच्या वस्तुमानापेक्षा किंचित जास्त आहे. प्रोटॉनसह न्यूट्रॉन हे अणू केंद्रकाचा भाग आहेत. जर एखाद्या प्राथमिक कणावर चार्ज असेल तर त्याचे मूल्य काटेकोरपणे परिभाषित केले जाते.

चार्ज केलेली संस्थानिसर्गातील इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक शक्ती मोठ्या भूमिका बजावतात कारण सर्व शरीराच्या रचनेत विद्युत चार्ज केलेले कण समाविष्ट असतात. अणूंचे घटक भाग - केंद्रक आणि इलेक्ट्रॉन - यांना विद्युत चार्ज असतो.

शरीरांमधील विद्युत चुंबकीय शक्तींची थेट क्रिया शोधली जात नाही, कारण सामान्य स्थितीतील शरीरे विद्युतदृष्ट्या तटस्थ असतात.

कोणत्याही पदार्थाचा अणू तटस्थ असतो, कारण त्यातील इलेक्ट्रॉनची संख्या न्यूक्लियसमधील प्रोटॉनच्या संख्येइतकी असते. सकारात्मक आणि नकारात्मक चार्ज केलेले कण विद्युत शक्तींद्वारे एकमेकांशी जोडलेले असतात आणि तटस्थ प्रणाली तयार करतात.

मॅक्रोस्कोपिक बॉडी इलेक्ट्रिकली चार्ज केली जाते जर त्यात कोणत्याही एका चार्ज चिन्हासह प्राथमिक कणांची जास्त संख्या असेल. तर, शरीराचा नकारात्मक चार्ज प्रोटॉनच्या संख्येच्या तुलनेत इलेक्ट्रॉनच्या संख्येपेक्षा जास्त असल्यामुळे होतो आणि सकारात्मक चार्ज इलेक्ट्रॉनच्या कमतरतेमुळे होतो.

इलेक्ट्रिकली चार्ज केलेले मॅक्रोस्कोपिक बॉडी मिळविण्यासाठी, म्हणजे, त्याचे विद्युतीकरण करण्यासाठी, नकारात्मक चार्जचा भाग त्याच्याशी संबंधित सकारात्मक चार्जपासून वेगळे करणे किंवा नकारात्मक चार्ज तटस्थ शरीरात स्थानांतरित करणे आवश्यक आहे.

हे घर्षणाने केले जाऊ शकते. जर तुम्ही कोरड्या केसांवर कंगवा चालवलात तर सर्वात जास्त मोबाईल चार्ज केलेल्या कणांचा एक छोटासा भाग - इलेक्ट्रॉन केसांमधून कंगवापर्यंत जाईल आणि त्यावर नकारात्मक चार्ज होईल आणि केस सकारात्मक चार्ज होतील.

विद्युतीकरणादरम्यान शुल्काची समानता

अनुभवाच्या मदतीने, हे सिद्ध केले जाऊ शकते की जेव्हा घर्षणाने विद्युतीकरण केले जाते तेव्हा दोन्ही बॉडी चार्जेस घेतात जे चिन्हात विरुद्ध असतात, परंतु परिमाणात समान असतात.

चला एक इलेक्ट्रोमीटर घेऊ, ज्याच्या रॉडवर एक छिद्र असलेला धातूचा गोलाकार निश्चित केला आहे आणि लांब हँडलवर दोन प्लेट्स: एक इबोनाइटचा आणि दुसरा प्लेक्सिग्लासचा. एकमेकांवर घासताना, प्लेट्स विद्युतीकृत होतात.

भिंतींना स्पर्श न करता एक प्लेट गोलाच्या आत आणूया. जर प्लेट पॉझिटिव्ह चार्ज असेल तर सुई आणि इलेक्ट्रोमीटर रॉडमधील काही इलेक्ट्रॉन प्लेटकडे आकर्षित होतील आणि गोलाच्या आतील पृष्ठभागावर जमा होतील. या प्रकरणात, बाण सकारात्मक चार्ज केला जाईल आणि इलेक्ट्रोमीटर रॉडपासून दूर केला जाईल (चित्र 14.2, अ).

जर गोलाच्या आत दुसरी प्लेट आणली गेली असेल, आधी पहिली काढून टाकली असेल, तर गोलाचे इलेक्ट्रॉन आणि रॉड प्लेटमधून मागे हटवले जातील आणि बाणावर जास्त प्रमाणात जमा होतील. यामुळे बाण रॉडमधून विचलित होईल, शिवाय, पहिल्या प्रयोगाप्रमाणेच त्याच कोनाने.

गोलाच्या आत दोन्ही प्लेट्स खाली केल्यावर, आम्हाला बाणाचे कोणतेही विक्षेपण आढळणार नाही (चित्र 14.2, b). हे सिद्ध करते की प्लेट्सचे शुल्क आकारमानात समान आणि चिन्हात विरुद्ध आहे.

शरीराचे विद्युतीकरण आणि त्याचे प्रकटीकरण.सिंथेटिक कापडांच्या घर्षणादरम्यान लक्षणीय विद्युतीकरण होते. कोरड्या हवेत सिंथेटिक मटेरियलने बनवलेला शर्ट काढताना तुम्हाला एक वैशिष्ट्यपूर्ण कर्कश आवाज ऐकू येतो. रबिंग पृष्ठभागांच्या चार्ज केलेल्या भागांमध्ये लहान ठिणग्या उडी मारतात.

छपाई घरांमध्ये, छपाई दरम्यान कागद विद्युतीकृत होतो आणि पत्रके एकत्र चिकटतात. हे होण्यापासून रोखण्यासाठी, चार्ज काढून टाकण्यासाठी विशेष उपकरणे वापरली जातात. तथापि, जवळच्या संपर्कात असलेल्या शरीराचे विद्युतीकरण कधीकधी वापरले जाते, उदाहरणार्थ, विविध इलेक्ट्रोकॉपी मशीन इ.

इलेक्ट्रिक चार्जच्या संरक्षणाचा कायदा.

प्लेट्सच्या विद्युतीकरणाचा अनुभव सिद्ध करतो की जेव्हा घर्षणाने विद्युतीकरण केले जाते तेव्हा विद्यमान शुल्क पूर्वी तटस्थ असलेल्या शरीरांमध्ये पुनर्वितरण केले जाते. इलेक्ट्रॉनचा एक छोटासा भाग एका शरीरातून दुसऱ्या शरीरात जातो. या प्रकरणात, नवीन कण दिसत नाहीत आणि पूर्वी अस्तित्वात असलेले अदृश्य होत नाहीत.

शरीराचे विद्युतीकरण करताना, इलेक्ट्रिक चार्जच्या संरक्षणाचा कायदा. हा कायदा अशा प्रणालीसाठी वैध आहे जी बाहेरून प्रवेश करत नाही आणि ज्यामधून चार्ज केलेले कण बाहेर पडत नाहीत, म्हणजे, पृथक प्रणाली.

एका विलग प्रणालीमध्ये, सर्व शरीराच्या शुल्काची बीजगणितीय बेरीज संरक्षित केली जाते.

q 1 + q 2 + q 3 + ... + q n = const. (14.1)

जेथे q 1, q 2, इ. वैयक्तिक चार्ज केलेल्या संस्थांचे शुल्क आहेत.

शुल्काच्या संरक्षणाच्या कायद्याचा खोल अर्थ आहे. चार्ज केलेल्या प्राथमिक कणांची संख्या बदलत नसल्यास, चार्ज संरक्षणाचा नियम स्पष्ट आहे. परंतु प्राथमिक कण एकमेकांमध्ये रूपांतरित होऊ शकतात, जन्माला येऊ शकतात आणि अदृश्य होऊ शकतात, नवीन कणांना जीवन देऊ शकतात.

तथापि, सर्व प्रकरणांमध्ये, चार्ज केलेले कण केवळ समान मॉड्यूलसच्या शुल्कासह जोड्यांमध्ये आणि विरुद्ध चिन्हात तयार केले जातात; चार्ज केलेले कण देखील केवळ जोड्यांमध्ये अदृश्य होतात, तटस्थ कणांमध्ये बदलतात. आणि या सर्व प्रकरणांमध्ये, शुल्काची बीजगणितीय बेरीज समान राहते.

प्रभाराच्या संरक्षणाच्या कायद्याच्या वैधतेची पुष्टी प्राथमिक कणांच्या मोठ्या संख्येच्या परिवर्तनांच्या निरीक्षणाद्वारे केली जाते. हा कायदा इलेक्ट्रिक चार्जच्या सर्वात मूलभूत गुणधर्मांपैकी एक व्यक्त करतो. शुल्क संवर्धनाचे कारण अद्याप अज्ञात आहे.

प्रयोगात आढळून आलेला कोणताही विद्युत चार्ज हा नेहमी प्राथमिक चार्जचा गुणक असतो असे गृहीतक बी. फ्रँकलिन यांनी १७५२ मध्ये बांधले होते. एम. फॅरेडे यांच्या इलेक्ट्रोलिसिसच्या प्रयोगांमुळे १८३४ मध्ये प्राथमिक शुल्काचे मूल्य मोजले गेले. 1874 मध्ये इंग्लिश शास्त्रज्ञ जे. स्टोनी यांनी प्राथमिक इलेक्ट्रिक चार्जचे अस्तित्व देखील सूचित केले होते. त्यांनी भौतिकशास्त्रात "इलेक्ट्रॉन" ची संकल्पना देखील मांडली आणि प्राथमिक शुल्काच्या मूल्याची गणना करण्यासाठी एक पद्धत प्रस्तावित केली. प्रथमच, प्रायोगिकरित्या प्रायोगिकरित्या प्रायोगिक विद्युत शुल्काचे मोजमाप आर. मिलिकन यांनी 1908 मध्ये केले.

कोणत्याही मायक्रोसिस्टम आणि मॅक्रोस्कोपिक बॉडीचा इलेक्ट्रिक चार्ज नेहमी सिस्टीममध्ये समाविष्ट असलेल्या प्राथमिक शुल्काच्या बीजगणितीय बेरीजच्या समान असतो, म्हणजेच मूल्याच्या पूर्णांक गुणाकार e(किंवा शून्य).

प्राथमिक विद्युत शुल्काच्या परिपूर्ण मूल्याचे सध्या स्थापित मूल्य आहे e= (4, 8032068 0, 0000015) . 10 -10 CGSE युनिट्स, किंवा 1.60217733. १० -१९ से. सूत्राद्वारे गणना केलेल्या प्राथमिक विद्युत शुल्काचे मूल्य, भौतिक स्थिरांकांच्या संदर्भात व्यक्त केलेले, प्राथमिक विद्युत शुल्काचे मूल्य देते: e= ४.८०३२०४१९(२१) . 10 -10 , किंवा: e = 1.602176462(65) . 10 -19 से.

असे मानले जाते की हे शुल्क खरोखर प्राथमिक आहे, म्हणजेच ते भागांमध्ये विभागले जाऊ शकत नाही आणि कोणत्याही वस्तूंचे शुल्क त्याचे पूर्णांक गुणाकार आहेत. प्राथमिक कणाचा विद्युत चार्ज हे त्याचे मूलभूत वैशिष्ट्य आहे आणि ते संदर्भ प्रणालीच्या निवडीवर अवलंबून नाही. प्राथमिक विद्युत प्रभार हा इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन आणि इतर जवळजवळ सर्व चार्ज केलेल्या प्राथमिक कणांच्या विद्युत शुल्काच्या बरोबरीचा असतो, जे अशा प्रकारे निसर्गातील सर्वात लहान चार्जचे भौतिक वाहक आहेत.

एक सकारात्मक आणि नकारात्मक प्राथमिक विद्युत चार्ज आहे आणि प्राथमिक कण आणि त्याच्या प्रतिकणांवर विरुद्ध चिन्हांचे शुल्क आहेत. प्राथमिक ऋण शुल्काचा वाहक एक इलेक्ट्रॉन आहे ज्याचे वस्तुमान आहे मी= 9, 11. 10 -31 किलो. प्राथमिक सकारात्मक शुल्काचा वाहक प्रोटॉन आहे, ज्याचे वस्तुमान आहे mp= 1.67. 10 -27 किलो.

इलेक्ट्रिक चार्ज निसर्गात केवळ प्राथमिक शुल्काच्या पूर्णांक संख्येच्या रूपात होतो या वस्तुस्थितीला इलेक्ट्रिक चार्जचे परिमाणीकरण म्हटले जाऊ शकते. जवळजवळ सर्व चार्ज केलेल्या प्राथमिक कणांवर चार्ज असतो ई -किंवा e+(एक अपवाद म्हणजे चार्ज असलेले काही अनुनाद जे च्या गुणाकार आहेत e); अपूर्णांक विद्युत शुल्क असलेले कण पाळले गेले नाहीत, तथापि, मजबूत परस्परसंवादाच्या आधुनिक सिद्धांतामध्ये - क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स - कणांचे अस्तित्व - क्वार्क - 1/3 च्या पटीत असलेल्या शुल्कासह e

प्राथमिक विद्युत शुल्क नष्ट केले जाऊ शकत नाही; ही वस्तुस्थिती मायक्रोस्कोपिक स्तरावर इलेक्ट्रिक चार्जच्या संरक्षणाच्या कायद्याची सामग्री आहे. इलेक्ट्रिक चार्ज गायब होऊ शकतात आणि पुन्हा दिसू शकतात. तथापि, विरुद्ध चिन्हांचे दोन प्राथमिक शुल्क नेहमी दिसतात किंवा अदृश्य होतात.

प्राथमिक विद्युत शुल्काचे मूल्य हे इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक परस्परसंवादाचे स्थिर असते आणि ते सूक्ष्म इलेक्ट्रोडायनामिक्सच्या सर्व समीकरणांमध्ये समाविष्ट केले जाते.

न्यूटोनियन मेकॅनिक्समधील शरीराच्या गुरुत्वाकर्षण वस्तुमानाच्या संकल्पनेप्रमाणे, इलेक्ट्रोडायनामिक्समधील चार्जची संकल्पना ही प्राथमिक, मूलभूत संकल्पना आहे.

इलेक्ट्रिक चार्ज इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक बल परस्परसंवादामध्ये प्रवेश करण्यासाठी कण किंवा शरीराच्या गुणधर्माचे वैशिष्ट्य दर्शवणारे भौतिक प्रमाण आहे.

इलेक्ट्रिक चार्ज सहसा अक्षरांद्वारे दर्शविला जातो qकिंवा प्र.

सर्व ज्ञात प्रायोगिक तथ्यांची संपूर्णता आम्हाला खालील निष्कर्ष काढण्याची परवानगी देते:

पारंपारिकपणे सकारात्मक आणि नकारात्मक असे दोन प्रकारचे विद्युत शुल्क आहेत.

शुल्क एका शरीरातून दुसर्‍या शरीरात हस्तांतरित केले जाऊ शकते (उदाहरणार्थ, थेट संपर्काद्वारे). शरीराच्या वस्तुमानाच्या विपरीत, इलेक्ट्रिक चार्ज हे दिलेल्या शरीराचे मूळ वैशिष्ट्य नाही. वेगवेगळ्या परिस्थितीत समान शरीरावर भिन्न चार्ज असू शकतो.

जसे शुल्क मागे टाकते, उलट शुल्क आकर्षित करतात. हे इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक बल आणि गुरुत्वाकर्षण यांच्यातील मूलभूत फरक देखील दर्शवते. गुरुत्वाकर्षण शक्ती नेहमीच आकर्षणाची शक्ती असतात.

निसर्गाच्या मूलभूत नियमांपैकी एक प्रायोगिकरित्या स्थापित आहे इलेक्ट्रिक चार्जच्या संरक्षणाचा कायदा .

एका विलग प्रणालीमध्ये, सर्व शरीरांच्या शुल्काची बीजगणितीय बेरीज स्थिर राहते:

q 1 + q 2 + q 3 + ... +qn= const.

इलेक्ट्रिक चार्जच्या संवर्धनाचा कायदा सांगते की शरीराच्या बंद प्रणालीमध्ये केवळ एका चिन्हाचे शुल्क जन्मणे किंवा गायब होणे या प्रक्रियेचे निरीक्षण केले जाऊ शकत नाही.

आधुनिक दृष्टिकोनातून, चार्ज वाहक प्राथमिक कण आहेत. सर्व सामान्य शरीरे अणूंनी बनलेली असतात, ज्यात सकारात्मक चार्ज केलेले प्रोटॉन, नकारात्मक चार्ज केलेले इलेक्ट्रॉन आणि तटस्थ कण - न्यूट्रॉन असतात. प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉन हे अणू केंद्रकांचे भाग आहेत, इलेक्ट्रॉन अणूंचे इलेक्ट्रॉन शेल बनवतात. प्रोटॉन आणि इलेक्ट्रॉन मॉड्युलोचे विद्युत शुल्क अगदी सारखेच असतात आणि प्राथमिक शुल्काच्या समान असतात e.

तटस्थ अणूमध्ये, न्यूक्लियसमधील प्रोटॉनची संख्या शेलमधील इलेक्ट्रॉनच्या संख्येइतकी असते. या क्रमांकावर कॉल केला जातो अणुक्रमांक . दिलेल्या पदार्थाचा अणू एक किंवा अधिक इलेक्ट्रॉन गमावू शकतो किंवा अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन मिळवू शकतो. या प्रकरणांमध्ये, तटस्थ अणू सकारात्मक किंवा नकारात्मक चार्ज केलेल्या आयनमध्ये बदलतो.

प्राथमिक शुल्काची पूर्णांक संख्या असलेल्या भागांमध्येच शुल्क एका शरीरातून दुसर्‍या शरीरात हस्तांतरित केले जाऊ शकते. अशाप्रकारे, शरीराचे विद्युत शुल्क एक वेगळे प्रमाण आहे:

केवळ मूल्यांची एक वेगळी मालिका घेऊ शकतील अशा भौतिक प्रमाणांना म्हणतात परिमाणित . प्राथमिक शुल्क eइलेक्ट्रिक चार्जचा एक क्वांटम (सर्वात लहान भाग) आहे. हे लक्षात घेतले पाहिजे की आधुनिक प्राथमिक कण भौतिकशास्त्रामध्ये तथाकथित क्वार्कचे अस्तित्व गृहीत धरले जाते - अंशात्मक चार्ज असलेले कण आणि तथापि, मुक्त अवस्थेतील क्वार्क अद्याप पाहिले गेले नाहीत.

पारंपारिक प्रयोगशाळेच्या प्रयोगांमध्ये, विद्युत शुल्क शोधले जाते आणि वापरून मोजले जाते इलेक्ट्रोमीटर ( किंवा इलेक्ट्रोस्कोप) - क्षैतिज अक्षाभोवती फिरू शकणारा धातूचा दांडा आणि बाण असलेले उपकरण (चित्र 1.1.1). बाणाचे टोक मेटल केसमधून इन्सुलेटेड आहे. जेव्हा चार्ज केलेले शरीर इलेक्ट्रोमीटरच्या रॉडच्या संपर्कात येते तेव्हा त्याच चिन्हाचे विद्युत शुल्क रॉड आणि बाणाच्या बाजूने वितरीत केले जाते. विद्युत प्रतिकर्षणाच्या शक्तींमुळे बाण एका विशिष्ट कोनात फिरतो, ज्याद्वारे कोणीही इलेक्ट्रोमीटरच्या रॉडवर हस्तांतरित केलेल्या चार्जचा न्याय करू शकतो.

इलेक्ट्रोमीटर हे बऱ्यापैकी कच्चे साधन आहे; हे आरोपांच्या परस्परसंवादाच्या शक्तींचा तपास करण्यास परवानगी देत नाही. 1785 मध्ये फ्रेंच भौतिकशास्त्रज्ञ चार्ल्स कुलॉम्ब यांनी प्रथमच स्थिर शुल्काच्या परस्परसंवादाचा नियम शोधून काढला. त्याच्या प्रयोगांमध्ये, कुलॉम्बने त्याच्या डिझाइन केलेल्या उपकरणाचा वापर करून चार्ज केलेल्या बॉल्सच्या आकर्षण आणि प्रतिकर्षणाची शक्ती मोजली - टॉर्शन बॅलन्स (चित्र. 1.1.2), जे अत्यंत संवेदनशील होते. तर, उदाहरणार्थ, बॅलन्स बीम 10 -9 N च्या ऑर्डरच्या शक्तीच्या कृती अंतर्गत 1 ° ने फिरविला गेला.

मोजमापांची कल्पना कुलॉम्बच्या तेजस्वी अंदाजावर आधारित होती की जर चार्ज केलेला चेंडू अगदी त्याच चार्ज न केलेल्या बॉलच्या संपर्कात आला तर पहिल्याचा चार्ज त्यांच्यामध्ये समान प्रमाणात विभागला जाईल. अशा प्रकारे, बॉलचा चार्ज दोन, तीन, इत्यादी वेळा बदलण्याची पद्धत दर्शविली गेली. कुलॉम्बच्या प्रयोगांनी बॉल्समधील परस्परसंवाद मोजला ज्यांचे परिमाण त्यांच्यामधील अंतरापेक्षा खूपच लहान आहेत. अशा चार्ज केलेले शरीर म्हणतात बिंदू शुल्क.

पॉइंट चार्ज चार्ज केलेले शरीर म्हणतात, ज्याचे परिमाण या समस्येच्या परिस्थितीत दुर्लक्षित केले जाऊ शकतात.

असंख्य प्रयोगांच्या आधारे, कुलॉम्बने खालील कायदा स्थापित केला:

निश्चित शुल्कांच्या परस्परसंवादाची शक्ती चार्ज मॉड्यूल्सच्या उत्पादनाशी थेट प्रमाणात आणि त्यांच्यामधील अंतराच्या वर्गाच्या व्यस्त प्रमाणात असते:

परस्पर क्रिया शक्ती न्यूटनच्या तिसऱ्या नियमाचे पालन करतात:

ते समान शुल्काची चिन्हे असलेली तिरस्करणीय शक्ती आणि भिन्न चिन्हे असलेली आकर्षक शक्ती आहेत (चित्र 1.1.3). स्थिर विद्युत शुल्काच्या परस्परसंवादाला म्हणतात इलेक्ट्रोस्टॅटिक किंवा कुलॉम्ब परस्परसंवाद कुलॉम्ब परस्परसंवादाचा अभ्यास करणार्‍या इलेक्ट्रोडायनामिक्सचा विभाग म्हणतात इलेक्ट्रोस्टॅटिक्स .

पॉइंट चार्ज केलेल्या बॉडीसाठी कुलॉम्बचा कायदा वैध आहे. व्यवहारात, चार्ज केलेल्या बॉडीची परिमाणे त्यांच्यामधील अंतरापेक्षा खूपच लहान असल्यास कुलॉम्बचा नियम समाधानी आहे.

आनुपातिकता घटक kकुलॉम्बच्या कायद्यामध्ये युनिट्सच्या प्रणालीच्या निवडीवर अवलंबून असते. इंटरनॅशनल एसआय सिस्टीममध्ये, चार्जचे एकक आहे लटकन(सीएल).

लटकन - 1 A च्या वर्तमान ताकदीने कंडक्टरच्या क्रॉस सेक्शनमधून 1 s मध्ये जाणारे हे शुल्क आहे. SI मधील वर्तमान ताकदीचे (Ampere) एकक लांबी, वेळ आणि वस्तुमान यांच्या एककांसह आहे मापनाचे मूलभूत एकक.

गुणांक k SI प्रणालीमध्ये सहसा असे लिहिले जाते:

कुठे - विद्युत स्थिरांक .

SI प्रणालीमध्ये, प्राथमिक शुल्क eसमान:

अनुभव दर्शवितो की कुलॉम्ब परस्परसंवाद शक्ती सुपरपोझिशन तत्त्वाचे पालन करतात:

जर चार्ज केलेले शरीर एकाच वेळी अनेक चार्ज केलेल्या शरीरांशी संवाद साधत असेल, तर या शरीरावर कार्य करणारी परिणामी शक्ती इतर सर्व चार्ज केलेल्या शरीरांमधून या शरीरावर कार्य करणार्या बलांच्या वेक्टर बेरीजच्या समान असते.

तांदूळ. 1.1.4 तीन चार्ज केलेल्या शरीरांच्या इलेक्ट्रोस्टॅटिक परस्परसंवादाचे उदाहरण वापरून सुपरपोझिशनचे तत्त्व स्पष्ट करते.

सुपरपोझिशनचा सिद्धांत हा निसर्गाचा मूलभूत नियम आहे. तथापि, मर्यादित आकाराच्या चार्ज केलेल्या बॉडीच्या परस्परसंवादाच्या बाबतीत (उदाहरणार्थ, दोन प्रवाहकीय चार्ज केलेले बॉल 1 आणि 2) वापरताना काही सावधगिरी बाळगणे आवश्यक आहे. जर तिसरा चार्ज केलेला बॉल दोन चार्ज केलेल्या बॉलच्या सिस्टीममध्ये वाढवला तर 1 आणि 2 मधील परस्परसंवादामुळे बदल होईल शुल्क पुनर्वितरण.

सुपरपोझिशनचे तत्त्व सांगते की जेव्हा दिलेले (निश्चित) शुल्क वितरणसर्व शरीरांवर, कोणत्याही दोन शरीरांमधील इलेक्ट्रोस्टॅटिक परस्परसंवादाची शक्ती इतर चार्ज केलेल्या शरीराच्या उपस्थितीवर अवलंबून नसते.

e - =१.६ १० - 19 C (1.9)

विजेच्या अनेक सूत्रांमध्ये 4p च्या स्पेस फॅक्टरचा समावेश होतो. व्यावहारिकदृष्ट्या महत्त्वाच्या सूत्रांमध्ये यापासून मुक्त होण्यासाठी, कूलॉम्बचा कायदा खालील स्वरूपात लिहिलेला आहे:

अशा प्रकारे (1.11)

कुठून (1.12)

e 0 - म्हणतात विद्युत स्थिरांक.

§6: शॉर्ट रेंज सिद्धांत. विद्युत क्षेत्र.

अनुभव असे दर्शवितो की विद्युतभारित आणि चुंबकीय शरीरे, तसेच ज्या शरीरांमधून विद्युत प्रवाह वाहतात त्यांच्यामध्ये इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक किंवा इलेक्ट्रोडायनामिक म्हणतात. या शक्तींच्या स्वरूपाबाबत विज्ञानात दोन विरोधी दृष्टिकोन मांडले गेले आहेत. पूर्वीचा (ज्याला दीर्घ-श्रेणी सिद्धांत म्हणतात) कोणत्याही मध्यवर्ती भौतिक मध्यस्थांच्या सहभागाशिवाय अंतरावर असलेल्या शरीराच्या थेट क्रियेच्या कल्पनेतून पुढे गेले. त्याच वेळी, पुराव्याशिवाय असे गृहित धरले गेले की अशी क्रिया त्वरित होते, म्हणजे. अनंत गतीने (v®¥)!? एक नवीन दृष्टिकोन, सध्या भौतिकशास्त्रात स्वीकारला जातो, या कल्पनेतून परस्परसंवाद प्रसारित केला जातो ज्याला इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्ड म्हणतात (हा तथाकथित शॉर्ट-रेंज सिद्धांत आहे) विशेष भौतिक मध्यस्थांच्या मदतीने प्रसारित केला जातो. या सिद्धांतानुसार, परस्परसंवादाचा जास्तीत जास्त प्रसार वेग व्हॅक्यूममधील प्रकाशाच्या वेगाइतका आहे: v=c (c हा व्हॅक्यूममधील प्रकाशाचा वेग आहे). न्यूटनच्या सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षणाच्या सिद्धांतावरून दीर्घ-श्रेणीच्या क्रियेच्या सिद्धांताने त्याची कल्पना काढली. एकीकडे खगोलीय यांत्रिकींचे मोठे यश आणि दुसरीकडे गुरुत्वाकर्षणाची कारणे कोणत्याही प्रकारे स्पष्ट करण्यात पूर्ण अपयश, यामुळे अनेक शास्त्रज्ञांना असे वाटले की गुरुत्वाकर्षण आणि विद्युत चुंबकीय शक्तींना स्पष्टीकरणाची आवश्यकता नाही, परंतु ते "जन्मजात" आहेत. पदार्थाचे स्वतःचे गुणधर्म. गणिताच्या दृष्टीने, लाप्लेस, गॉस, ऑस्ट्रोग्राडस्की, अॅम्पेरे, पॉइसो यांच्या कार्यामुळे दीर्घ-श्रेणीच्या कृतीचा सिद्धांत उच्च पातळीवर पोहोचला आहे. 19 व्या शतकाच्या अखेरीपर्यंत बहुतेक भौतिकशास्त्रज्ञांनी त्याचे अनुसरण केले. मायकेल फॅरेडे हा जवळजवळ एकमेव असा होता ज्याने वेगळा विचार केला. इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्डच्या भौतिक सिद्धांताचे ते संस्थापक आहेत. फॅराडेच्या सिद्धांतानुसार, एका शरीराच्या दुसर्‍या शरीरावरील क्रिया थेट संपर्कात आल्यावर किंवा मध्यवर्ती माध्यमाद्वारे प्रसारित केल्या जाऊ शकतात. अशा प्रकारे, दीर्घ-श्रेणीच्या कृतीच्या सिद्धांताच्या मुख्य वस्तू असलेल्या शुल्क आणि प्रवाहांच्या अभ्यासातून लक्ष केंद्रित केले गेले, फॅराडेने आसपासच्या जागेच्या अभ्यासाकडे हस्तांतरित केले. या जागेत कार्यरत असलेल्या शक्तींना विद्युत चुंबकीय क्षेत्र म्हणतात.

योजनेनुसार इलेक्ट्रिकल परस्परसंवाद केला जातो:

चार्ज ® फील्ड ® चार्ज,

त्या प्रत्येक चार्ज स्वतःभोवती एक इलेक्ट्रिक फील्ड तयार करतो, जो या फील्डमधील इतर सर्व चार्ज केलेल्या कणांवर शक्तीने कार्य करतो. मॅक्सवेलने दाखवले की इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक परस्परक्रियांचा प्रसार व्हॅक्यूम c»3·10 8 m/s मध्ये प्रकाशाच्या वेगाने होणे आवश्यक आहे. शॉर्ट रेंज थिअरीच्या बाजूने हा मुख्य युक्तिवाद आहे. विद्युत क्षेत्राच्या स्वरूपाबद्दल, आपण असे म्हणू शकतो की ते भौतिक आहे, म्हणजे. अस्तित्वात आहे आणि केवळ त्यात अंतर्भूत गुणधर्म आहेत. इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्डचे सर्वात महत्वाचे गुणधर्म खालीलप्रमाणे आहेत:

1. विद्युत क्षेत्र विद्युत शुल्काद्वारे निर्माण होते आणि संपूर्ण जागा भरते.

2. विद्युत क्षेत्र काही शक्तीसह शुल्कांवर कार्य करते.

फील्डच्या सुपरपोझिशनचे सिद्धांत. चार्ज घनता.

शुल्क q 1 ने फील्ड तयार करू द्या. जर फील्डच्या दिलेल्या बिंदूसाठी, जे त्रिज्या वेक्टरद्वारे निर्धारित केले जाते आर 12, कुलॉम्बच्या कायद्यानुसार, गुणोत्तर घ्या

हे स्पष्ट आहे की हे गुणोत्तर यापुढे चाचणी शुल्क q 2 वर अवलंबून नाही आणि अशा प्रकारे (1.13) च्या उजव्या बाजूची अभिव्यक्ती q 1 द्वारे तयार केलेल्या फील्डचे वैशिष्ट्य म्हणून काम करू शकते. या मूल्याला म्हणतात विद्युत क्षेत्र शक्ती ई!

तणाव ईमेलचे परिमाण. शुल्क q पासून r अंतरावरील फील्ड आहे

ताण हे वेक्टर प्रमाण आहे. वेक्टर स्वरूपात, त्याचे स्वरूप आहे:

(१.१५) विचारात घेऊन, कुलॉम्बचा कायदा (१.४) असे लिहिता येईल:

(1.17) वरून असे दिसून येते विद्युत क्षेत्राची ताकद कार्य करणार्‍या शक्तीइतकी असते एकल सकारात्मकशुल्क.

ताण परिमाण [E]=H/Kl

सुपरपोझिशन तत्त्व

अनुभव दर्शवितो की विद्युत क्षेत्रासाठी, फील्डच्या सुपरपोझिशनचे तत्त्व:

जर - अंतराळातील कोणत्याही बिंदूवर वैयक्तिक शुल्काद्वारे तयार केलेल्या फील्डची तीव्रता, तर त्याच बिंदूवरील तीव्रता तीव्रतेच्या बेरजेइतकी असते.

जेथे r i हा त्रिज्या वेक्टर आहे जो चार्ज q i पासून निरीक्षणाच्या बिंदूपर्यंत निर्देशित केला जातो.

हे तत्त्व मध्यवर्ती r~10 च्या आकारापर्यंत वैध आहे - 15 मी.

(1.18) मध्ये तीव्रता वाढते याकडे आम्ही लक्ष देतो वेक्टर! फॉर्म्युला (1.15) आणि (1.18) वापरून, कोणीही केवळ पॉइंट चार्जेसद्वारेच नव्हे तर कोणत्याही आकाराच्या चार्ज केलेल्या शरीराद्वारे देखील तयार केलेल्या विद्युत क्षेत्राची ताकद मोजू शकतो.

चार्ज घनता.

जर चार्ज केलेला बॉडी मोठा असेल आणि पॉइंट चार्ज म्हणून विचार केला जाऊ शकत नाही, तर ईमेलची ताकद मोजण्यासाठी. अशा शरीराच्या क्षेत्रामध्ये, या शरीरातील शुल्काचे वितरण जाणून घेणे आवश्यक आहे. हे वितरण इलेक्ट्रिक चार्जेसची व्हॉल्यूमेट्रिक घनता नावाच्या फंक्शनद्वारे वैशिष्ट्यीकृत आहे. व्याख्येनुसार, मोठ्या प्रमाणात चार्ज घनताम्हणतात

फंक्शन r ज्ञात असल्यास शुल्क वितरण ज्ञात मानले जाते = r(x,y,z).

जर चार्जेस पृष्ठभागावर स्थित असतील तर पृष्ठभाग चार्ज घनता

s= s(x, y, z) फंक्शन ज्ञात असल्यास पृष्ठभागावरील शुल्कांचे वितरण ज्ञात मानले जाते.

जर शुल्क ओळीवर वितरीत केले गेले, तर आम्ही परिचय देतो रेखीय चार्ज घनता, जे व्याख्येनुसार आहे:

फंक्शन t =t(x,y,z) ज्ञात असल्यास शुल्क वितरण ज्ञात मानले जाते.

§8: इलेक्ट्रिक फील्ड लाईन्स. पॉइंट चार्जची फील्ड ताकद.

अंतराळातील प्रत्येक बिंदूवरील तीव्रता वेक्टर ज्ञात असल्यास विद्युत क्षेत्र ज्ञात मानले जाते. तुम्ही विश्लेषणात्मक किंवा ग्राफिक पद्धतीने कागदावर फील्ड सेट किंवा प्रतिनिधित्व करू शकता पॉवर लाइन.