Aniq tabiiy va jismoniy madaniyat

II Bob. Elementar zaryad. Hozirgi zamon modda tuzilishi nazariyasi bo’yicha elektr zaryadining talqini
2.1. Jismningto’la zaryadi
Elektr zaryadi materiyaning fizik xossasi boʻlib, zaryadlangan moddaning elektromagnit maydonga qoʻyilganda kuchga ega boʻlishiga olib keladi. Elektr zaryadi musbat yoki manfiy boʻlishi mumkin (odatda protonlar va elektronlar tomonidan tashiladi). Bir xil ishorali zaryadlar bir-birini itaradi va turli ishorali zaryadlar bir-birini tortadi. Aniq zaryadsiz jism neytral deb ataladi. Zaryadlangan moddalarning oʻzaro taʼsiri haqidagi dastlabki bilimlar klassik elektrodinamika deb ataladi va kvant taʼsirini hisobga olishni talab qilmaydigan muammolar uchun hali ham toʻgʻri.
Elektr zaryadi saqlanadigan kattalik; izolyatsiya qilingan tizimning sof zaryadi, musbat zaryad miqdori va manfiy zaryad miqdori yigʻindisi oʻzgarmaydi. Elektr zaryadini subatomik zarralar olib yuradi. Oddiy moddada manfiy zaryadni elektronlarda, musbat zaryadni esa atom yadrolaridagi protonlarda saqlanadi. Agar moddada elektronlar protondan koʻp boʻlsa, u manfiy zaryadga ega boʻladi, kamroq boʻlsa — musbat zaryadga ega boʻladi, agar ularning soni teng boʻlsa, bu modda neytral boʻladi. Zaryad kvantlangan boʻlib; uni e=1.602× 10^-19 C elementar zaryad deb ataladigan birlikka karrali qiymatni qabul qiladi. e erkin mavjud boʻlishi mumkin boʻlgan eng kichik zaryad (kvarklar deb ataladigan zarralar kichikroq zaryadga ega -1/3e yoki 2/3e lekin ular faqat kombinatsiyada topiladi va har doim e ning butun soni boʻlgan zaryadga ega boʻlgan zarrachalarni hosil qilish uchun birlashadilar). Protonning zaryad miqdorii +e, elektroniki esa -e.
Elektr zaryadi elektr maydonlarini hosil qiladi^[1]. Harakatlanuvchi zaryad esa qoʻshimcha magnit maydon ham hosil qiladi^[2]. Elektr zaryadlarining elektromagnit maydon bilan oʻzaro taʼsiri (elektr va magnit maydonlarning kombinatsiyasi) elektromagnit (yoki Lorents) kuchining manbai^[3] fizikadagi toʻrtta asosiy kuchlardan biridir. Zaryadlangan zarralar orasidagi foton vositachiligidagi oʻzaro taʼsirlarni oʻrganish kvant elektrodinamika deb ataladi^[4].
SI tomonidan olingan elektr zaryad birligi fransuz fizigi Sharl-Agustin de Kulon sharafiga kulon (C) deb nomlangan. Elektrotexnikada zaryad birligini amper-soatda (A⋅h) foydalanish ham keng tarqalgan. Fizika va kimyoda esa asosan elementar zaryaddan (e) birlik sifatida foydalaniladi. Kimyoda bir mol elementar zaryadning zaryadi boʻlgan Faraday doimiysi ham qoʻllaniladi. Kichik q belgisi koʻpincha zaryad miqdorini bildiradi.

Elektron, manfiy zaryadlangan zarracha atrofida maydon chiziqlari va ekvipotensial sirtlar koʻrsatilgan diagramma. Elektr neytral atomda elektronlar soni protonlar soniga (musbat zaryadlangan) teng boʻlib, umumiy zaryad nolga teng boʻladi.

Zaryad — moddaning boshqa zaryadlangan materiya bilan elektrostatik tortishish yoki itarilishini koʻrsatadigan asosiy xususiyatidir. Elektr zaryadi koʻplab subatomik zarralarning xarakterli xususiyatidir. Erkin turgan zarrachalarning zaryadlari e elementar zaryadga karrali boʻladi; shuning uchun biz elektr zaryadi e ni kvantlangan deymiz. Maykl Faraday oʻzining elektroliz tajribalarida birinchi boʻlib elektr zaryadining diskret tabiatini qayd etdi. Robert Millikanning neft tomchilari tajribasi bu haqiqatni toʻgʻridan-toʻgʻri koʻrsatdi va elementar zaryadni oʻlchadi. Makroskopik obyektlar shakllanishi jarayonida tarkibiy atomlar va ionlar odatda neytral atomlarga elektr bilan bogʻlangan neytral ionli birikmalardan tashkil topgan tuzilmalarni hosil qilish uchun birlashadi. Shunday qilib, makroskopik ob’ektlar umuman neytral boʻlishga intiladi, ammo makroskopik ob’ektlar kamdan-kam hollardagina mutloq neytral boʻladi.
Baʼzan makroskopik obyektlarda material boʻylab tarqalgan, oʻz joyida qattiq bogʻlangan ionlar mavjud boʻlib, ob’ektga umumiy aniq musbat yoki manfiy zaryad beradi. Shuningdek, oʻtaoʻtkazuvchi elementlardan yasalgan makroskopik obyektlar kamroq yoki osonlik bilan (elementga qarab) elektronlarni qabul qilishi yoki berishi, soʻngra aniq manfiy yoki musbat zaryadni saqlashi mumkin. Agar obyektning aniq elektr zaryadi nolga teng boʻlmasa va harakatsiz boʻlsa, bu hodisa statik elektrlanganlik deb nomlanadi. Buni ikkita oʻxshash boʻlmagan materialni bir-biriga ishqalash, masalan, ani moʻynaga yoki shisha bilan ipak bilan ishqalash orqali osongina zaryad hosil qilish mumkin. Shu tarzda, elektr oʻtkazmaydigan materiallar sezilarli darajada musbat yoki manfiyy zaryadlanishi mumkin. Bir materialdan olingan zaryad boshqa materialga oʻtkaziladi va ikkinchi jism birinchi jism bilan bir xil kattalikdagi, ammo qarama-qarshi ishora bilan zaryadlanib qoladi. Zaryadning saqlanish qonuni har doim amal qiladi, musbat zaryadlangan obyektga bir xil kattalikdagi manfiy zaryad berishi kerak, yoki aksincha.