Mühazirə 14 Elektrik yüklərinin qarşılıqlı təsiri. Kulon qanunu

- -

Mühazirə 14
Elektrik yüklərinin qarşılıqlı təsiri. Kulon qanunu.
Təbiətdə iki növ elektik yükü mövcuddur: müsbət və mənfi. Eyni işarəli yüklər bir-birini dəf, müxtəlif işarəli yüklər isə bir-birini cəzb edirlər. Bu prinsip əsasından hazırlanan cihaz elektroskop adlanır. Elektroskop vasitəsilə cisimlərdə elektrik yüklərinin olması müəyyən olunur.

Təbiətdə elementar elektrik yükü elektronun (protonun) yüküdür. Onun qiyməti-(Kl) kulondur. Bütün yüklər bu elementar yükün tam misillərinə bərabərdir, yəni,

Təbiətdə olan bütün cisimlər elektriklənmə qabiliyyətinə malikdirlər. Cisimlərin elektiklənməsi müxtəlif üsullarla aparıla bilər. Elektriklənmə zamanı cisimlərin birində artıq müsbət yüklər yaranırsa, ikinci cisimdə ona bərabər mənfi yüklər yaranır. Cisimlərdə olan yüklərin ümumi miqdarı sabit qalır.

Təcrübələr nəticəsində təsdiq olunmuşdur ki, qapalı sistemdə elektrik yüklərinin cəbri cəmi sabit qalır. Bu ifadə elektrik yüklərinin saxlanması qanunu adlanır.

Bütün cisimlər sərbəst elektrik yüklərinin konsentrasiyasından asılı olaraq, keçiricilərə və dielektriklərə ayrılırlar. Keçiricilərdə sərbəst yüklər onun bütün həcmi boyu hərəkət edirlər. Keçiricilər öz növbəsində iki qrupa bölünürlər: birinci növ keçiricilər və ikinci növ keçiricilər. Birinci növ keçiricilərə metallar daxildir. Metallarda elektrik yüklərinin daşınması zamanı kimyəvi dəyişikliklər müşahidə olunmur. Ikinci növ keçiricilərdə elektrik yüklərinin daşınması müəyyən kimyəvi dəyişikliklərlə müşahidə olunur.

Dielektriklər- bu cisimlərdə praktiki oalraq, sərbəst elektrik yükləri yoxdur. Bir sıra maddələr var ki, onların elektrik xassələri xarici amillərin təsirindən çox asılıdır. Bu maddələr yarımkeçiricilər adlanırlar. Elektrik yükünün vahidi kulondur. (Kl) Bu cərəyan şiddəti olan naqildən (keçiricdən) bir saniyə müddətində keçən yükün miqdarıdır.

Tərpənməz yüklərin yaratdıqları elektrik sahəsini öyrənən bölmə elektrostatistika adlanır. Elektrik sahəsi materiyanın varlıq formasıdır. Elektrik sahəsi vasitəsilə yüklər arasında qarşılıqlı təsir yaranır. Fizika elminin inkişafı tarixində iki konsepsiya arasında daima mübarizə olmuşdur: uzağa və yaxına təsir konsepsiyaları. Birinci konsepsiyaya görə, bütün elektrik hadisələri yüklərin yaratdıqları elektrik sahələrinin dəyişməsi ilə bağlıdır ki, bu dəyişmədə mühitdə bir nöqtədən başqa nöqtəyə müəyyən sürətdə yayılır. Elektrostatik sahələrdə hər iki nəzəriyyənin tətbiqi eyni nəticəni verir və təcrübi faktlara uyğun gəlir. Elektrik yüklərinin hərəkəti ilə bağlı olan hadisələri uzağa təsir konsepsiyası izah edə bilmir. Bununla əlaqədar olaraq, elektrik yükləri arasındakı qarşılıqlı təsiri öyrənən nəzəriyyə yaxına təsir nəzəriyyəsidir.

Tərpənməz nöqtəvi iki yük arasındakı qarşılıqlı təsir qüvvəsi 1785-ci ildə Ş.Kulon tərəfindən müəyyən olunmuşdur. Nöqtəvi yük elə cisimlərin yükünə deyilir ki, onların xətti ölçüləri başqa yüklənmiş cisimlərə qədər olan məsafədən çox kiçik olsun. Iki nöqtəvi tərpənməz yük arasındakı qarşılıqlı təsir qüvvəsi onların yükləri ilə düz aralarındakı məsafənin kvadratı ilə tərs mütənasibdir.

(1)

Burada elekrtik yüklərinin miqdarı, -onlar arasında olan məsafə, -mühitin xassələrindən və ölçü sistemindən asılı olan mütənasiblik əmsalıdır. Mühitin elektrik xassələrini işarə etsək, onda yazmaq olar.

Nəticədə

(1`)

ifadəsini almış olarıq. Burada -mühitin nisbi dielektrik sabiti adlanır. Vakuum üçün qəbul olunmuşdur. Qarşılıqlı təsir qüvvəsi yükləri birləşdirən düz xətt boyunca yönəlir. Bu qüvvə mərkəzi qüvvədir. Elektrik yükləri eyni işarəli olarsa, bu qüvvə itələmə (), əks işarəli olarsa, cəzbetmə qüvvəsi () olur. Bu qüvvə Kulon qüvvəsi adlanır.

BS-də mütənasiblik əmsalı bərabərdir. Burada -beynəlxalq sistemin elektrik sabiti adlanır və

və ya

təyin olunur. Onda Kulon qanunu BS-də vakuum üçün aşağıdakı şəkildə yazılar:

(2)

Dielektrik sabiti sdhd olan mühit daxilində

(3)

olar.

(2) və (3) ifadələrindən

(4)

alınır.

Deməli, mühitin dielektrik sabiti, iki nöqtəvi yük arasında olan qarşılıqlı təsir qüvvəsinin vakuumda verilmiş mühitə nisbətən neçə dəfə çox olduğunu göstərir.

Elektrik yükləri nazik tel boyunca. Müstəvi səthdə və ya müəyyən cismin həcmi daxilində paylana bilər. Bu halda elektrik yüklərinin xətti, səthi və həcmi sıxlıqları anlayışlarından istifadə olunur.

Elektrik yüklərinin xətti sıxlığı

Burada - xəttin elementar uzunluğu, isə bu elementar hissədə yerləşən elektrik yükünün miqdarıdır.

Elektrik yükünün səthi sıxlığı

Burada - yüklənmiş səthin elementar sahəsi, -və elementar səthdə yerləşən elektrik yüküdür.

Elektrik yükünün həcmi sıxlığı uyğun olaraq

təyin olunur.

Hesablamalar göstəriri ki, Kulon qanunun (3) şəklində yazılışı kürə şəklində olan və elektrik yükü bərabər paylanmış cisimlər üçün də doğrudur. Bu halda məsafəsi kürələrin mərkəzləri arasındakı məsafəyə bərabərdir.

Elektrik sahəsinin intensivliyi
Elektrik sahəsini kəmiyyətcə xarakterizə etmək üçün sahə intensivliyi vektoru anlayışından istifadə olunur. Elektrik sahəsinin intensivliyi, sahənin müəyyən nöqtəsinə gətirilmiş nöqtəvi sınaq yükünə təsir edən qüvvənin bu yükün miqdarına olan nisbətinə deyilir.

(4)

Bütün nöqtələrində sahə intensivliyi vektoru sabit olan elektrik sahəsinə birincili elektrik sahəsi deyilir. olarsa, =alarıq. Deməli sahə intensivliyi elektrik sahəsinin qüvvə xarakteristikasıdır.Ədədi qiymətcə sahənin verilmiş nöqtəsində yerləşən müsbət vahid yükə, elektrik sahəsi tərəfindən təsir edən qüvvəyə bərabərdir.

Kulon qanunundan istifadsə etsək, nöqtəvi yükün yaratdığı elektrik sahəsinin intensivliyi üçün

(5)

iadəsini yazmaq olar. Bu ifadənin vektorial şəkli

(5`)

təyin olunar.

Elektrik sahəsini xarakterizə etmək üçün qüvvə xətləri anlayışından istifadə olunur. Elektrik sahəsinin qüvvə xətləri müsbət yükdə başlayır və mənfi yükdə qurtarırlar.bu elə xətlərdir ki, onun istənilən nöqtəsinə çəkilən toxunan, həmin nöqtədəki elektrik sahəsinin intensivliyi ilə üst-üstə düşür.

Elektrik sahəsi bir neçə nöqtəvi yük tərəfindən yaradılıbsa,onda sahənin istənilən nöqtəsində intensivlik vektoru, ayrı-ayrı yüklərin həmin nöqtədə yaratdıqları elektrik sahələrinin intensivlik vektorlarının vektorial cəminə bərabərdir, yəni,

(6)

(6) ifadəsi elektostatik sahələr üçün superpozisiya prinsipi adlanır.

Misal olaraq elektrik dipolunun yaratdığı elektrik sahəsinin intensivliyini təyin edək.

Aralarındakı məsafə olan əks işarəli iki eyni yük sistemi elektrik dipolu adlanır. Yüklər arasındakı l məsafəsi dipolun təsirini öyrənmək istənilən nöqtəyəyə qədər olan məsafədən çox kiçik olmalıdır.

Dipolun oxu boyunca mənfi yükdən müsbət yükə yönəlmiş və modulu yüklər arasındakı məsafəyə bərabər olan vektora dipolun qolu deyilir. Diploun müsbət yükünün onun qoluna hasili dipolun elektrik momenti adlanır.

(7)

Elektrostatik sahələrin superpozisiya prinsipinə əsasən elektrik dipolunun ixtiyarı nöqtədə yaratdığı elektrik sahəsinin intensivliyu

(8)

təyin olunar.

Burada , — və yüklərinin verilmiş nöqtədə yaratdıqları elektrik sahələrinin intensivlikləridir. Fərz edək ki, A nöqtəsi dipolun qolunun ortasından qaldırılmış perpendikulyarın üzərində yerləşib (Şəkil 1) Şəkildən görünür ki, və olar. A nöqtəsindəki yekun intensivlik olar.

Səkil 1

Bu vektorun ədədi qiyməti


Şəkildə 1 onda alarıq.

Deməli: elektrik dipolunun yaratdığı sahənin intensivliyi dipolun elektrik momenti ilə düz, dipolun yükündən verilmiş nöqtəyə qədər olan məsafənin kubu ilə tərs mütənasibdir.

Azərbaycan Dövlət Neft Akademiyası Fizika kafedrası

Mühazirə № 14 Mühazirətçi-dosent: Akif Ağayev