2. Elektr toki qanday sharoitlarda yuzaga keladi?
Elektr toki erkin zaryadlar mavjud bo'lsa, shuningdek, tashqi ta'sir natijasida paydo bo'ladi elektr maydoni. Elektr maydonini olish uchun o'tkazgichning ba'zi ikki nuqtasi o'rtasida potentsial farqni yaratish kifoya.3. Nima uchun tashqi elektr maydoni bo'lmaganda o'tkazgichdagi zaryadlangan zarrachalarning harakati xaotik bo'ladi?
Agar tashqi bo'lmasa elektr maydoni, u holda elektr maydon kuchi bo'ylab yo'naltirilgan qo'shimcha tezlik komponenti yo'q, ya'ni zarracha harakatining barcha yo'nalishlari tengdir.4. O'tkazgichdagi zaryadlangan zarrachalarning tashqi elektr maydoni bo'lmagan va mavjud bo'lgandagi harakati o'rtasidagi farq nima?
Elektr maydoni bo'lmaganda zaryadlangan zarrachalarning harakati xaotik, uning ishtirokida esa zarrachalarning harakati xaotik va translatsion harakatning natijasidir.5. Elektr tokining yo'nalishi qanday tanlanadi? Elektr toki o'tadigan metall o'tkazgichda elektronlar qaysi yo'nalishda harakat qiladi?
Yo'nalish bo'yicha elektr toki musbat zaryadlangan zarralarning harakat yo'nalishi olinadi. Metall o'tkazgichda elektronlar oqim yo'nalishiga teskari yo'nalishda harakat qiladi.Bizga ma'lumki, elektr toki o'tkazgichdagi zaryadlangan zarralarning tartibli harakatidir. Metall o'tkazgichlarda elektr toki elektronlarning tartibli harakati - manfiy zaryadli zarralar. Kislotalar, tuzlar, ishqorlar eritmalarida elektr toki ikkala belgi ionlarining harakatiga bog'liq.
Qaysi zaryadlangan zarrachalarning elektr maydonidagi harakatini oqim yo'nalishi sifatida qabul qilish kerak?
Ko'pgina hollarda biz metallardagi elektr toki bilan shug'ullanayotganimiz sababli, elektr maydonidagi elektronlarning harakat yo'nalishini kontaktlarning zanglashiga olib keladigan oqim yo'nalishi sifatida qabul qilish, ya'ni oqim yo'naltirilgan deb taxmin qilish oqilona bo'ladi. manbaning salbiy qutbidan ijobiy tomonga.
Biroq, oqimning yo'nalishi haqidagi savol fanda elektronlar va ionlar haqida hech narsa ma'lum bo'lmaganda paydo bo'ldi. O'sha paytda barcha o'tkazgichlarda ham musbat, ham manfiy elektr zaryadlari harakatlanishi mumkin deb taxmin qilingan.
Oqim yo'nalishi shartli ravishda o'tkazgichda musbat zaryadlar harakatlanadigan (yoki harakatlanishi mumkin bo'lgan) yo'nalish sifatida qabul qilingan, ya'ni oqim manbaining musbat qutbidan salbiy tomonga yo'nalish.
Bu elektr tokining barcha qoidalari va qonunlarida hisobga olinadi.
Savollar
- O'tkazgichdagi qaysi zarralarning harakat yo'nalishi oqim yo'nalishi sifatida qabul qilinadi?
- Tok manbaining qaysi qutbidan va qaysi tomonga tok yo'nalishi hisobga olinadi?
- 57 va 58-rasmlardagi ramkalar ichida joriy yo'nalishni to'g'ri ko'rsatadigan o'qlar bormi?
Elektr hayotga qulaylik keltiradi zamonaviy odam. Sivilizatsiyaning texnologik yutuqlari - energetika, transport, radio, televidenie, kompyuterlar, mobil aloqa elektr tokidan foydalanishga asoslangan.
Elektr toki - bu zaryadlangan zarralarning yo'naltirilgan harakati bo'lib, unda zaryad fazoning bir hududidan boshqasiga o'tkaziladi.
Elektr toki turli muhitlarda paydo bo'lishi mumkin: qattiq moddalar, suyuqliklar, gazlar. Ba'zida vosita kerak emas, oqim vakuumda ham mavjud bo'lishi mumkin! Bu haqda o‘z vaqtida gaplashamiz, ammo hozircha bir nechta misollar keltiramiz.
Batareyaning qutblarini metall sim bilan yopamiz. Simning bo'sh elektronlari batareyaning ¾ minus ¾ plyus ¾ ga yo'naltirilgan harakatini boshlaydi.
Bu metallardagi oqimga misol.
Bir stakan suvga bir chimdik osh tuzi NaCl tashlang. Tuz molekulalari ionlarga ajraladi, shuning uchun eritmada erkin zaryadlar paydo bo'ladi: musbat Na + ionlari va manfiy Cl ionlari. Endi akkumulyatorning qutblariga ulangan ikkita elektrodni suvga solamiz. Na+ ionlari manfiy elektrodga, Cl ionlari esa musbat elektrod tomon yoʻnaltirilgan harakatni boshlaydi.
Bu elektrolitlar eritmasidan o'tgan oqimga misol.
Momaqaldiroq bulutlari shunday kuchli elektr maydonlarini yaratadiki, bir necha kilometr uzunlikdagi havo bo'shlig'ini yorib o'tish mumkin. Natijada, ulkan chaqmoq oqimi havodan o'tadi.
Bu gazdagi elektr tokining misolidir.
Ko'rib chiqilgan barcha uchta misolda elektr toki zaryadlangan zarrachalarning tana ichidagi harakatidan kelib chiqadi va o'tkazuvchanlik oqimi deb ataladi.
Bu erda bir oz boshqacha misol. Biz zaryadlangan jismni koinotda harakatlantiramiz. Bu holat joriy ta'rifiga mos keladi! Zaryadlarning yo'naltirilgan harakati mavjud, kosmosda zaryadning o'tishi mavjud. Makroskopik zaryadlangan jismning harakati natijasida hosil bo'lgan oqim konveksiya oqimi deb ataladi.
E'tibor bering, zaryadlangan zarralarning har bir harakati oqim hosil qilmaydi. Masalan, o'tkazgich zaryadlarining xaotik issiqlik harakati yo'naltirilmagan (u har qanday yo'nalishda sodir bo'ladi) va shuning uchun oqim emas9.
Elektr neytral jismda oqim va translatsiya harakati bo'lmaydi: uning atomlaridagi zaryadlangan zarralar yo'naltirilgan harakat qilsa-da, kosmosning bir qismidan ikkinchisiga zaryad o'tkazilmaydi.
3.8.1 Elektr tokining yo'nalishi
Tok hosil qiluvchi zaryadlangan zarrachalarning harakat yo'nalishi ularning zaryad belgisiga bog'liq. Ijobiy zaryadlangan zarralar ¾plyus dan ¾minusga va manfiy tomonga o'tadi.
9 Oqim paydo bo'lganda, bepul zaryadlar termal harakatni davom ettiradi! Aynan shu holatda, ularning ma'lum bir yo'nalishda tartibli siljishi zaryadlangan zarrachalarning xaotik harakatlariga qo'shiladi.
aksincha, ¾minus¿ dan ¾plus¿ gacha zaryadlangan. Masalan, elektrolitlar va gazlarda ham musbat, ham manfiy erkin zaryadlar mavjud bo'lib, oqim ularning har ikki yo'nalishda yaqinlashib kelayotgan harakatidan hosil bo'ladi. Ushbu yo'nalishlardan qaysi biri elektr tokining yo'nalishi sifatida qabul qilinishi kerak?
Tokning yo'nalishi musbat zaryadlarning harakat yo'nalishi deb hisoblanadi. Oddiy qilib aytganda, oqim ¾plyus¾ ¾minus¿ gacha o'tadi (3.33-rasm; oqim manbaining musbat terminali uzun chiziq bilan, salbiy terminali qisqasi bilan ko'rsatilgan).
Ushbu konventsiya metall o'tkazgichlarning eng keng tarqalgan holatiga zid keladi. Metallda zaryad tashuvchilar erkin elektronlar bo'lib, ular ¾ minus ¾ plyus ga o'tadi. Ammo konventsiyaga muvofiq, biz metall o'tkazgichdagi oqim yo'nalishi erkin elektronlarning harakatiga qarama-qarshi ekanligini taxmin qilishga majburmiz. Bu, albatta, juda qulay emas.
Biroq, bu erda hech narsa qilish mumkin emas, bu vaziyatni berilgan deb qabul qilish kerak bo'ladi. Tarixiy jihatdan shunday bo'lgan. Hozirgi yo'nalishni tanlash 19-asrning birinchi yarmida, elektron kashf etilishidan 70 yil oldin Amper10 tomonidan taklif qilingan. Har bir inson bu tanlovga o'rganib qolgan va 1916 yilda metallardagi oqim erkin elektronlar harakatidan kelib chiqqanligi ma'lum bo'lganda, ular hech narsani o'zgartirmagan.
3.8.2 Elektr tokining harakati
Elektr tokining oqayotgan yoki yo'qligini qanday aniqlash mumkin? Elektr tokining paydo bo'lishini uning quyidagi ko'rinishlari bilan baholash mumkin.
1. Oqimning issiqlik effekti. Elektr toki u oqadigan moddaning isishiga olib keladi. Isitish moslamalari va akkor lampalarning sariqlari shunday qiziydi. Shuning uchun biz chaqmoqni ko'ramiz. Termal ampermetrlarning ishlashi oqim bilan o'tkazgichning termal kengayishiga asoslanadi, bu esa qurilma o'qining harakatiga olib keladi.
2. Oqimning magnit ta'siri. Elektr toki magnit maydon hosil qiladi: simning yonida joylashgan kompas ignasi oqim yoqilganda simga perpendikulyar aylanadi. Oqimning magnit maydoni ko'p marta ko'paytirilishi mumkin, agar siz simni temir tayoqqa o'rab qo'ysangiz, siz elektromagnit olasiz. Magnitelektrik tizimning ampermetrlarining harakati ushbu printsipga asoslanadi: elektromagnit doimiy magnit maydonida aylanadi, buning natijasida qurilma ko'rsatgichi shkala bo'ylab harakatlanadi.
3. Tokning kimyoviy ta'siri. Oqim elektrolitlar orqali o'tganda, kuzatilishi mumkin
o'zgartirish kimyoviy tarkibi moddalar. Shunday qilib, CuSO4 eritmasida musbat Cu2+ ionlari manfiy elektrod tomon harakatlanadi va bu elektrod mis bilan qoplangan.
10 Magnit maydonda tok o'tkazuvchi o'tkazgichga ta'sir qiluvchi kuchning yo'nalishini aniqlash uchun aniq qoida berish uchun Amperga oqim yo'nalishi bo'yicha kelishuv kerak edi. Bugun biz bu kuchni Amper kuchi deb ataymiz, uning yo'nalishi chap qo'l qoidasi bilan belgilanadi.
3.8.3 Kuch va oqim zichligi
Agar bir xil zaryad o'tkazgichning kesimidan teng vaqt oralig'ida o'tsa, elektr toki doimiy deb ataladi. To'g'ridan-to'g'ri oqimni o'rganish eng oson. Biz u bilan boshlaymiz.
Elektr tokining miqdoriy xarakteristikasi oqimning kuchidir. Qachon to'g'ridan-to'g'ri oqim oqim kuchining mutlaq qiymati - t vaqtida o'tkazgichning kesishmasidan o'tgan q zaryadining mutlaq qiymatining hozirgi vaqtga nisbati:
Oqim amper (A)11 bilan o'lchanadi. 1 A oqim bilan o'tkazgichning kesimidan 1 s ichida 1 C zaryad o'tadi.
Biz (3.41) formula mutlaq qiymatni yoki oqim kuchining modulini aniqlashini ta'kidlaymiz. Hozirgi kuch ham belgiga ega bo'lishi mumkin! Bu belgi tokni tashkil etuvchi zaryadlarning belgisi bilan bog'liq emas va boshqa fikrlardan tanlanadi. Ya'ni, bir qator vaziyatlarda (masalan, oqim qayerdan o'tishi oldindan aniq bo'lmasa), kontaktlarning zanglashiga olib o'tish yo'nalishini (aytaylik, soat miliga teskari yo'nalishda) tuzatish qulay va agar yo'nalish bo'lsa, oqim kuchini ijobiy deb hisoblash mumkin. oqim bir xil
Bilan bypass yo'nalishi va agar oqim aylanma yo'nalishga qarshi oqsa salbiy 12 .
IN To'g'ridan-to'g'ri oqim bo'lsa, oqim kuchi doimiy qiymatdir. U o'tkazgichning kesishmasidan 1 soniyada qancha zaryad o'tishini ko'rsatadi.
Ko'pincha tasavvurlar maydoni bilan aralashmaslik va miqdorni kiritish qulay
joriy zichlik:
bu erda I oqim kuchi, S - o'tkazgichning tasavvurlar maydoni (albatta, bu qism oqim yo'nalishiga perpendikulyar). (3.41) formulani hisobga olgan holda bizda ham bor:
j = St q :
Oqim zichligi o'tkazgichning kesimining birlik maydonidan vaqt birligi uchun qancha zaryad o'tishini ko'rsatadi. Formulaga (3.42) ko'ra, oqim zichligi A / m2 da o'lchanadi.
3.8.4 Zaryadlarning yo'naltirilgan harakati tezligi
Xonadagi yorug'likni yoqqanimizda, bizga lampochka bir zumda yonib ketgandek tuyuladi. Simlar orqali oqimning tarqalish tezligi juda yuqori: u 300 000 km / s ga yaqin (vakuumdagi yorug'lik tezligi). Agar lampochka oyda bo'lsa, u bir soniyadan bir oz ko'proq vaqt ichida yonadi.
Biroq, oqimni tashkil etuvchi bepul to'lovlar juda katta tezlik bilan harakat qiladi deb o'ylamaslik kerak. Ma'lum bo'lishicha, ularning tezligi sekundiga millimetrning atigi bir qismini tashkil qiladi.
Nima uchun oqim simlar orqali tez o'tadi? Gap shundaki, erkin zaryadlar bir-biri bilan o'zaro ta'sir qiladi va oqim manbaining elektr maydoni ta'sirida, kontaktlarning zanglashiga olib yopilganda, ular deyarli bir vaqtning o'zida butun o'tkazgich bo'ylab harakatlana boshlaydi. Oqimning tarqalish tezligi - bu o'zaro elektr ta'sirini uzatish tezligi
11 Tok kuchining birligi bilan aniqlanadi magnit shovqin oqimga ega simlar. Ya'ni, bir-biridan 1 m masofada vakuumda joylashgan juda uzun va ingichka ikkita parallel simlar bo'lsin. Ushbu simlar bir xil oqimni o'tkazadi. Agar simlarning o'zaro ta'sir kuchi har bir metr sim uchun 2107 N bo'lsa, biz oqim 1 A deb aytamiz.
12 Trigonometrik aylana bilan solishtiring: burchaklar soat miliga teskari hisoblansa musbat, soat yoʻnalishi boʻyicha esa manfiy hisoblanadi.
bepul zaryadlar va u vakuumdagi yorug'lik tezligiga yaqin. Zaryadlarning o'zi o'tkazgich ichida harakat qilish tezligi ko'p marta kichikroq bo'lishi mumkin.
Shunday qilib, biz yana bir bor ta'kidlaymizki, biz ikkita tezlikni ajratamiz.
1. Hozirgi tarqalish tezligi. Bu elektr signalining zanjir orqali uzatiladigan tezligi. 300 000 km/s ga yaqin.
2. Erkin to'lovlarning yo'naltirilgan harakati tezligi. Bu oqim hosil qiluvchi zaryadlarning o'rtacha harakati tezligi. Drift tezligi deb ham ataladi.
Endi o'tkazgich zaryadlarining yo'naltirilgan harakatining v tezligi bo'yicha I tokning kuchini ifodalovchi formulani olamiz.
Supero'tkazuvchilar S tasavvurlar maydoniga ega bo'lsin (3.34-rasm). Supero'tkazuvchilarning bepul to'lovlari ijobiy hisoblanadi; erkin zaryadning qiymatini e deb belgilaymiz (amaliyot uchun eng muhim bo'lgan metall o'tkazgichda bu elektron zaryadidir). Erkin zaryadlarning kontsentratsiyasi (ya'ni, ularning birlik hajmidagi soni) n ga teng.
Boshqa tomondan, AB kesmani t vaqtdan keyin barcha bepul zaryadlar kesib o'tadi
Keling, misol sifatida, erkin elektronlarning harakat tezligi qanday ekanligini hisoblaylik mis sim 1 A oqimda.
Elektron zaryadi ma'lum: e = 1;6 10 19 C.
Erkin elektronlarning kontsentratsiyasi qanday? Bu mis atomlarining kontsentratsiyasiga to'g'ri keladi, chunki har bir atomdan bitta valentlik elektron ajratiladi. Xo'sh, biz atomlarning kontsentratsiyasini topishimiz mumkin:
8900 6;02 1023 | 1028 | |||||||||||||||||||||||
S = 1 mm2 ni qo'yamiz. (3.45) formuladan biz quyidagilarni olamiz: | ||||||||||||||||||||||||
5 m | ||||||||||||||||||||||||
1;6 10 19 8;5 1028 106 | ||||||||||||||||||||||||
Bu soniyada millimetrning o'ndan biriga teng.
Biz LEDni barmoq akkumulyatoriga ulaymiz va kutupluluk to'g'ri bo'lsa, u yonadi. Oqim qaysi yo'nalishda oqadi? Hozir hamma buni ortiqchadan minusgacha biladi. Va batareyaning ichida, shuning uchun minusdan plyusgacha - oxir-oqibat, bu oqim yopildi elektr zanjiri doimiy.
Ijobiy zaryadlangan zarrachalarning harakat yo'nalishi zanjirdagi oqim yo'nalishi deb hisoblanadi, lekin elektronlar metallarda harakat qiladi va biz bilganimizdek, ular manfiy zaryadlangan. Shunday qilib, aslida "oqim yo'nalishi" tushunchasi konventsiyadir. Keling, buni aniqlaylik Nima uchun elektronlar zanjir bo'ylab minusdan plyusga o'tayotganda, atrofdagi hamma oqim ortiqcha dan minusga o'tishini aytadi. Nega bunday bema'nilik?
Javob elektrotexnikaning shakllanish tarixida yotadi. Franklin elektr toki haqidagi nazariyasini ishlab chiqqach, uning harakatini go‘yo bir jismdan ikkinchi jismga oqib o‘tadigan suyuqlikning harakatiga o‘xshash deb hisobladi. Qaerda elektr suyuqligi ko'p bo'lsa, u erdan u kamroq bo'lgan yo'nalishda oqadi.
Shuning uchun Franklin elektr suyuqligi ko'p bo'lgan jismlarni (shartli ravishda!) Ijobiy elektrlashtirilgan va elektr suyuqligi etishmasligi bo'lgan jismlarni salbiy elektrlashtirilgan deb atagan. Harakat tushunchasi shu erdan kelib chiqqan. Ijobiy zaryad xuddi aloqa tomirlari tizimi orqali bir zaryadlangan jismdan ikkinchisiga o'tadi.
Keyinchalik frantsuz tadqiqotchisi Charlz Dyufay o'z tajribalarida nafaqat ishqalanadigan jismlar, balki ishqalanadigan jismlar ham zaryadlanganligini va aloqa qilganda ikkala jismning zaryadlari zararsizlanishini aniqladi. Ma'lum bo'lishicha, aslida ikkita alohida turdagi elektr zaryadlari mavjud bo'lib, ular o'zaro ta'sirlashganda bir-birini neytrallashtiradi. Ikki elektrning bu nazariyasini Franklinning zamondoshi Robert Simmer ishlab chiqdi, u o'zi uchun Franklin nazariyasida biror narsa to'liq to'g'ri emasligiga amin edi.
Shotlandiya fizigi Robert Simmer ikki juft paypoq kiygan: izolyatsiyalangan jun paypoq va tepasida ikkinchi juft ipak paypoq. U ikkala paypoqni bir vaqtning o'zida oyog'idan olib tashlab, keyin bir paypoqni ikkinchisidan sug'urib olganida, u quyidagi rasmni ko'rdi: jun va ipak paypoqlar shishib, go'yo oyog'ining shaklini oladi va bir-biriga keskin yopishadi. Shu bilan birga, jun va ipak kabi bir xil materialdan tikilgan paypoqlar bir-birini qaytardi.
Agar Simmer bir qo'lida ikkita ipak paypoq, ikkinchi qo'lida ikkita jun paypoq tutgan bo'lsa, qo'llarini birlashtirganda, xuddi shu materialdan yasalgan paypoqlarni itarish va paypoqlarni jalb qilish. turli material ular o'rtasida qiziqarli o'zaro ta'sirga olib keldi: heterojen paypoqlar bir-biriga urilgandek va to'pga o'ralgandek edi.
O'z paypoqlarining xatti-harakatlarini kuzatish Robert Simmerni har bir tanada bitta emas, balki ikkita elektr suyuqlik - ijobiy va salbiy, ular tanada teng miqdorda mavjud degan xulosaga keldi. Ikki tanani ishqalaganda, ulardan biri bir tanadan ikkinchisiga o'tishi mumkin, keyin bir tanada suyuqliklardan biri ortiqcha bo'ladi, ikkinchisida esa - uning etishmasligi. Ikkala jism ham belgining qarama-qarshi tomonidagi elektr toki bilan elektrlashtiriladi.
Biroq, elektrostatik hodisalarni Franklin gipotezasi va Simmerning ikkita elektr gipotezasi yordamida muvaffaqiyatli tushuntirish mumkin edi. Bu nazariyalar bir muncha vaqt bir-biri bilan raqobatlashdi. 1779 yilda Alessandro Volta o'zining voltaik ustunini yaratgandan so'ng, elektrolizni o'rganib chiqqandan so'ng, olimlar aniq xulosaga keldilarki, zaryad tashuvchilarning ikki qarama-qarshi oqimi, ijobiy va salbiy, eritmalar va suyuqliklarda haqiqatan ham harakat qiladi. Elektr tokining dualistik nazariyasi, garchi hamma tomonidan tushunilmasa ham, g'alaba qozondi.
Nihoyat, 1820 yilda Parij Fanlar Akademiyasi oldida so'zlagan Amper oqimning asosiy yo'nalishi sifatida zaryad harakati yo'nalishlaridan birini tanlashni taklif qiladi. Bu unga qulay edi, chunki Amper oqimlarning o'zlari va magnitlar bilan o'zaro ta'sirini o'rgangan. Shunday qilib, har safar xabar davomida ikkita qarama-qarshi zaryad oqimi bitta o'tkazgich bo'ylab ikki yo'nalishda harakatlanishi haqida gapirmaslik kerak.
Amper oddiygina musbat elektr yo'nalishini oqim yo'nalishi sifatida qabul qilishni va har doim oqim yo'nalishi, ya'ni musbat zaryadning harakati haqida gapirishni taklif qildi.. O'shandan beri Amper tomonidan taklif qilingan oqim yo'nalishi to'g'risidagi qoida hamma joyda qabul qilingan va hozir ham qo'llanilmoqda.
Maksvell o'zining elektromagnetizm nazariyasini ishlab chiqqanida va magnit induksiya vektorining yo'nalishini aniqlash qulayligi uchun to'g'ri vint qoidasini qo'llashga qaror qilganida, u ham ushbu pozitsiyaga amal qildi: oqim yo'nalishi - musbat zaryadning harakat yo'nalishi. .
Faraday, o'z navbatida, oqimning yo'nalishi shartli ekanligini ta'kidladi, bu faqat olimlar uchun oqim yo'nalishini aniq aniqlash uchun qulay vositadir. Lenz o'zining Lenz qoidasini (qarang -) joriy etgan holda, musbat elektr harakatiga ishora qilib, "joriy yo'nalish" atamasi bilan ham ishladi. Bu shunchaki qulay.
1897 yilda Tomson elektronni kashf etgandan keyin ham hozirgi yo'nalish konventsiyasi saqlanib qoldi. O'tkazgichda yoki vakuumda faqat elektronlar harakat qilsa ham, qarama-qarshi yo'nalish hali ham oqim yo'nalishi sifatida qabul qilinadi - ortiqcha dan minusgacha.
Faradayning ionlar haqidagi g'oyalariga qaramay, elektronning kashf etilishidan bir asrdan ko'proq vaqt o'tgach, hatto paydo bo'lishi bilan ham. elektron quvurlar va tranzistorlar, tavsiflarda qiyinchiliklar mavjud bo'lsa-da, odatiy holat hali ham saqlanib qolmoqda. Shunday qilib, oqimlar bilan ishlash, ularda harakat qilish qulayroqdir. magnit maydonlar, va bu hech kimga hech qanday qiyinchilik tug'dirmaydi.
- Evropada hozir hech kim pianino chalamaydi,
elektr bilan o'ynash.
- Siz elektrda o'ynay olmaysiz - bu sizni elektr toki urishi bilan o'ldiradi.
- Va ular rezina qo'lqopda o'ynashadi ...
-E! Siz rezina qo'lqop kiyishingiz mumkin!
"Mimino"
G'alati... Ular elektr toki bilan o'ynashadi, lekin negadir u qandaydir oqim bilan o'ldiradi... Elektr toki qayerdan keladi? Va bu oqim nima? Salom azizim! Keling, buni aniqlaylik.
Xo'sh, birinchidan, nima uchun rezina qo'lqoplarda elektr toki bilan o'ynash mumkinligidan boshlaylik, lekin, masalan, temir yoki qo'rg'oshinda - bu mumkin emas, garchi metall kuchliroq bo'lsa? Gap shundaki, kauchuk elektr tokini o'tkazmaydi, lekin temir va qo'rg'oshin o'tkazadi va shuning uchun zarba beradi. To‘xta-to‘xta... Biz noto‘g‘ri yo‘nalishda ketyapmiz, aylanaylik... Ha... Koinotimizdagi hamma narsa eng kichik zarrachalar – atomlardan iborat ekanligidan boshlash kerak. Bu zarralar shunchalik kichikki, masalan, inson sochi eng kichik vodorod atomidan bir necha million marta qalinroq. Atom ikkita asosiy qismdan iborat (1.1-rasmga qarang) - musbat zaryadlangan yadro, o'z navbatida yadro atrofida ma'lum orbitalarda aylanadigan neytronlar va protonlar va elektronlardan iborat.
1.1-rasm - Elektronning tuzilishi
Atomning umumiy elektr zaryadi har doim (!) nol, ya'ni atom elektr neytraldir. Elektronlar atom yadrosi bilan juda kuchli bog'lanishga ega, ammo agar siz biron bir kuch qo'llasangiz va atomdan bir yoki bir nechta elektronni (masalan, qizdirish yoki ishqalanish orqali) "chiqarib yuborsangiz", atom musbat zaryadlangan ionga aylanadi. , chunki uning yadrosining musbat zaryadining qiymati qolgan elektronlarning manfiy umumiy zaryadining kattaligi kattaroq bo'ladi. Va aksincha - agar atomga biron bir tarzda bir yoki bir nechta elektron qo'shilsa (lekin sovutish yo'li bilan emas ...), u holda atom manfiy zaryadlangan ionga aylanadi.
Har qanday elementning atomlarini tashkil etuvchi elektronlar o'zlarining xarakteristikalari bo'yicha mutlaqo bir xil: zaryad, o'lcham, massa.
Endi har qanday elementning ichki tarkibiga nazar tashlasangiz, elementning butun hajmini atomlar egallamasligini ko'rishingiz mumkin. Har doim, har qanday materialda ham manfiy zaryadlangan, ham musbat zaryadlangan ionlar ham mavjud bo'lib, "manfiy zaryadlangan ion-atom-musbat zaryadlangan ion" ni aylantirish jarayoni doimiy ravishda sodir bo'ladi. Ushbu transformatsiya jarayonida erkin elektronlar - atomlar yoki ionlarning hech biri bilan bog'liq bo'lmagan elektronlar hosil bo'ladi. Ma’lum bo‘lishicha, turli moddalarda bu erkin elektronlarning soni har xil bo‘ladi.
Shuningdek, fizika kursidan ma'lumki, har qanday zaryadlangan jism atrofida (hatto elektron kabi arzimas) ko'rinmas elektr maydoni deb ataladigan narsa mavjud bo'lib, uning asosiy xarakteristikalari kuch va yo'nalishdir. Maydon har doim musbat zaryad nuqtasidan manfiy zaryad nuqtasiga yo'naltirilganligi shartli ravishda qabul qilinadi. Bunday maydon, masalan, ebonit yoki shisha tayoqni junga ishqalashda paydo bo'ladi, bu jarayonda xarakterli yoriqni eshitish mumkin, bu hodisani keyinroq ko'rib chiqamiz. Bundan tashqari, shisha tayoq ustida hosil bo'ladi musbat zaryad, va ebonitda - salbiy. Bu shunchaki bir moddaning erkin elektronlarini boshqasiga (shisha tayoqchadan junga va jundan ebonit tayog'iga) o'tishni anglatadi. Elektronlarning uzatilishi zaryadning o'zgarishini anglatadi. Ushbu hodisani baholash uchun maxsus mavjud jismoniy miqdor- kulon deb ataladigan elektr miqdori va 1Cl \u003d 6,24 10 18 elektron. Ushbu nisbatga asoslanib, bitta elektronning zaryadi (yoki u elementar deb ataladi elektr zaryadi) ga teng: 
Xo'sh, bu barcha elektronlar va atomlarning bunga nima aloqasi bor ... Lekin bunga nima aloqasi bor. Agar siz erkin elektronlar ko'p bo'lgan materialni olib, uni elektr maydoniga joylashtirsangiz, u holda barcha erkin elektronlar maydonning ijobiy nuqtasi yo'nalishi bo'yicha harakatlanadi va ionlar - kuchli atomlararo (interionik) bog'larga ega bo'lganligi sababli - material ichida qoladilar, garchi nazariy jihatdan ular zaryadi ion zaryadiga qarama-qarshi bo'lgan maydonning o'sha nuqtasiga o'tishi kerak. Bu oddiy tajriba bilan isbotlangan.
Ikki turli materiallar(kumush va oltin) bir-biriga ulangan va bir necha oy davomida elektr maydoniga joylashtirilgan. Agar materiallar orasidagi ionlarning harakati kuzatilgan bo'lsa, u holda aloqa nuqtasida diffuziya jarayoni sodir bo'lishi kerak edi va kumushning tor zonasida oltin, oltinning tor zonasida kumush hosil bo'ladi, lekin bu sodir bo'lmadi, bu "og'ir" ionlarning harakatsizligini isbotladi. 2.1-rasmda elektr maydonidagi musbat va manfiy zarrachalarning harakati ko'rsatilgan: manfiy zaryadlangan elektronlar maydon yo'nalishiga qarshi, musbat zaryadlangan zarrachalar esa maydon yo'nalishi bo'yicha harakatlanadi. Biroq, bu faqat biron bir materialning kristall panjarasiga kirmagan va atomlararo bog'lar bilan bog'lanmagan zarralar uchun to'g'ri keladi. 
1.2-rasm - Elektr maydonidagi nuqtaviy zaryadning harakati
Harakat shu tarzda sodir bo'ladi, chunki bir xil nomdagi to'lovlar bir-birini itaradi va qarama-qarshi bo'lganlar bir-birini tortadi: zarrachaga doimo ikkita kuch ta'sir qiladi: tortishish kuchi va itarish kuchi.
Demak, zaryadlangan zarralarning tartibli harakati elektr toki deb ataladi. Qiziqarli fakt bor: dastlab (elektron kashf etilishidan oldin) elektr toki aniq musbat zarralar tomonidan hosil qilingan deb ishonishgan, shuning uchun oqim yo'nalishi musbat zarrachalarning "ortiqcha" dan "minus" ga harakatiga mos keladi. , lekin keyinchalik buning aksi aniqlandi, ammo oqim yo'nalishini bir xil qoldirishga qaror qilindi va bu an'ana zamonaviy elektrotexnikada saqlanib qoldi. Demak, bu aslida aksincha! 
1.3-rasm – Atomning tuzilishi
Elektr maydoni, garchi u intensivlik kattaligi bilan tavsiflangan bo'lsa-da, lekin har qanday zaryadlangan jism atrofida hosil bo'lishi mumkin. Misol uchun, agar bir xil shisha va ebonit tayoqchalari junga surtilsa, ular atrofida elektr maydoni paydo bo'ladi. Elektr maydoni har qanday ob'ekt yaqinida mavjud bo'lib, ular qanchalik uzoqda bo'lishidan qat'i nazar, boshqa ob'ektlarga ta'sir qiladi.Lekin ular orasidagi masofa ortib borishi bilan maydon kuchi kamayadi va uning qiymatini e'tiborsiz qoldirishi mumkin, shuning uchun ikki kishi yonma-yon turib, bir oz kuchga ega bo'ladi. zaryad, garchi ular elektr maydonini yaratsalar ham va ular orasida elektr toki oqadi, lekin u shunchalik kichikki, hatto maxsus qurilmalar yordamida uning qiymatini aniqlash qiyin.
Shunday qilib, bu qanday xarakteristikasi - elektr maydon kuchi haqida ko'proq gapirish vaqti keldi. Hammasi 1785 yilda frantsuz harbiy muhandisi Sharl Avgustin de Kulonning harbiy xaritalarni chizishdan chalg'ib, ikkitasining o'zaro ta'sirini tavsiflovchi qonunni chiqarganidan boshlanadi. ball to'lovlari:
Vakuumdagi ikkita nuqtaviy zaryadning o'zaro ta'sir kuchi moduli ushbu zaryadlarning modullarining mahsulotiga to'g'ridan-to'g'ri proportsional va ular orasidagi masofaning kvadratiga teskari proportsionaldir.
Biz nima uchun bunday bo'lganini ko'rib chiqmaymiz, shunchaki janob Kulonning so'zini qabul qilamiz va ushbu qonunga rioya qilish uchun ba'zi shartlarni kiritamiz:
- nuqtaviy zaryadlar - ya'ni zaryadlangan jismlar orasidagi masofa ularning o'lchamidan ancha katta - ammo shuni isbotlash mumkinki, ikkita hajmli taqsimlangan zaryadning sferik simmetrik kesishmaydigan fazoviy taqsimotlar bilan o'zaro ta'sir kuchi o'zaro ta'sir kuchiga teng. sferik simmetriya markazlarida joylashgan ikkita ekvivalent nuqta zaryadlari;
- ularning harakatsizligi. Aks holda, qo'shimcha effektlar kuchga kiradi: harakatlanuvchi zaryadning magnit maydoni va boshqa harakatlanuvchi zaryadga ta'sir qiluvchi tegishli qo'shimcha Lorentz kuchi;
- vakuumdagi o'zaro ta'sir.
Matematik jihatdan qonun quyidagicha yozilgan: 
bu erda q 1, q 2 - o'zaro ta'sir qiluvchi nuqta zaryadlarining qiymatlari,
r - bu zaryadlar orasidagi masofa,
k - atrof-muhit ta'sirini tavsiflovchi qandaydir koeffitsient.
Quyidagi rasmda Kulon qonunining grafik izohi ko'rsatilgan. 
1.4-rasm - Nuqtaviy zaryadlarning o'zaro ta'siri. Coulomb qonuni
Shunday qilib, ikki nuqtaviy zaryad o'rtasidagi o'zaro ta'sir kuchi bu zaryadlarning ko'payishi bilan ortadi va zaryadlar orasidagi masofaning oshishi bilan kamayadi va masofaning ikki marta oshishi kuchning bir marta kamayishiga olib keladi. to'rtdan. Biroq, bunday kuch nafaqat ikkita zaryad o'rtasida, balki zaryad va maydon (va yana elektr toki!) o'rtasida ham paydo bo'ladi. Xuddi shu maydon turli zaryadlarga boshqacha ta'sir qiladi deb taxmin qilish mantiqan to'g'ri bo'ladi. Shunday qilib, maydon va zaryad o'rtasidagi o'zaro ta'sir kuchining ushbu zaryadning kattaligiga nisbati elektr maydonining kuchi deb ataladi. Zaryad va maydon statsionar bo'lishi va vaqt o'tishi bilan ularning xususiyatlarini o'zgartirmasligi sharti bilan. 
bu erda F - o'zaro ta'sir kuchi,
q - zaryad.
Bundan tashqari, yuqorida aytib o'tilganidek, maydonning yo'nalishi bor va bu o'zaro ta'sir kuchining yo'nalishiga ega ekanligidan kelib chiqadi (bu vektor miqdori: bir xil nomdagi zaryadlar tortadi, qarama-qarshi zaryadlar qaytariladi).
Men ushbu qo'llanmani yozganimdan so'ng, men do'stimdan uni o'qishni, baho berishni so'radim. Bundan tashqari, men unga ushbu materialning mavzusi bo'yicha mening fikrimcha bitta qiziqarli savol berdim. U noto'g'ri javob berganida hayron bo'lganimni tasavvur qiling. Bu savolga ham javob berishga harakat qiling (u dars oxiridagi vazifalar bo'limida joylashgan) va sharhlarda o'z nuqtai nazaringizni bildiring.
Va nihoyat, maydon zaryadni kosmosning bir nuqtasidan ikkinchisiga o'tkazishi mumkinligi sababli, u energiyaga ega va shuning uchun ishlay oladi. Elektr tokining ishlashini ko'rib chiqishda bu haqiqat biz uchun kelajakda foydali bo'ladi.
Bu birinchi darsni yakunlaydi, lekin bizda hali ham javobsiz savol bor, nima uchun rezina qo'lqopda u oqim bilan o'ldirmaydi. Keling, keyingi darsga intriga sifatida qoldiramiz. E'tiboringiz uchun rahmat, tez orada ko'rishguncha!
- Aytaylik, Moskvaning qahramon shahrida ma'lum bir savdo nuqtasi bor, bu sizning uyingizda bo'lgan eng keng tarqalgan rozetka. Keling, biz simlarni Moskvadan Vladivostokgacha cho'zdik va Vladivostokda lampochkani ulab oldik deb faraz qilaylik (yana chiroq butunlay oddiy, xuddi shu narsa endi men uchun va siz uchun xonani yoritadi). Umuman olganda, bizda nima bor: Vladivostokdagi ikkita simning uchiga ulangan lampochka va Moskvadagi rozetka. Keling, "Moskva" simlarini rozetkaga kiritamiz. Agar biz juda ko'p turli xil sharoitlarni hisobga olmasak va Vladivostokdagi lampochka yonib ketgan deb taxmin qilsak, hozirda Moskvadagi rozetkada bo'lgan elektronlar lampochkaning filamentiga tushadimi yoki yo'qligini taxmin qilishga harakat qiling. Vladivostok? Lampochkani rozetkaga emas, balki batareyaga ulasak nima bo'ladi?
