+7 (727) 344 95 95
Толық ҰБТ тапсыру
Қазақша

iTest қолданбасын жүктеп алу

Мектеп емтихандарына ыңғайлырақ форматта дайындалыңыз

logo-device logotype logotype-float

Денелердің электрленуі. Кулон заңы.
Алдыңғы конспект Келесі конспект
Конспект

Электромагниттік өзара әсерді сипаттау үшін электр заряды, зарядталған дене, элементар бөлшектер, электр тогы деген ұғымдар ендіруге тура келеді. Біздің заманымызға дейінгі 600- жылдары ертедегі гректер сары янтарьдың теріге немесе жүнге үйкегенде, ол біраз уақыт бойы шашты, жапырақты, астықтың сабағын өзіне тартатынын бақылаған. Гректер осы шайырды электрон, ал оған қатысты құбылысты денелердің электрленуі (зарядталуы) деп атаған. Электрон сөзінен электр деген термин шықты.Электрленген денелердің өзара әсерін электрлік күштер деген ұғыммен сипаттады. Электрлік қасиеті бар денелер электр заряды деген физикалық шамамен сипатталады. Электр заряды q [Кл] - электромагниттік өзара әсерлердің интенсивтігін көрсететін физикалық скаляр шама. Зарядтардың таңбасына байланысты өзара әсерін төмендегі кесте арқылы қарастыруға болады:

 

Зарядтар оң және теріс

болып бөлінеді

Аттас зарядтар тебіледі

Зарядты тасымалдаушылар зарядталған элементар бөлшектер: электрон (-), протон (+)

Әр аттас зарядтар тартылады

Элементар заряд

  \(q_0=\vec{e}[Kл]\)

 

электрон мен протонның зарядтарының модулі өзара тең

 \(e=1,6\cdot 10^{-19}\)

 

 

Дененің заряды \((q)\) элементар зарядтардың санымен өрнектеледі \(q=N\cdot \vec{e}\) мұндағы \(N\)-электрондардың саны. Денені электрлеу үшін теріс зарядтың, яғни электрондардың біразын олармен байланысқан оң зарядтан ажырату керек, мұны денелерді үйкеу арқылы немесе басқа электрленген денелермен түйістіру арқылы жүзеге асырады. Мысалы, құрғақ шашты тарағанда, шаш өзінің біраз электрондарын тараққа беріп оны теріс зарядтайды, ал шаш теріс зарядталған электрондардан айырылып оң зарядталады.

 

 

Электрлену (зарядталу)

 

денеге заряд беру

\(1)\) үйкелу

\(2)\) жанасу

\(3)\)әсер ету

Денелерді электрлеу кезінде:

-артық электрондары бар дене теріс зарядталады

-электрондары жетіспейтін дене оң зарядталады

 

Зарядтардың сақталу заңы ‒ тұйық жүйеде зарядтардың алгебралық қосындысы тұрақты \(q_1+q_2+_{\dotsb}+q_n=const.\)

 

Енді электромагниттік өзара әсерлесулерді сан жағынан сипаттайтын заңдарды оқып үйренеміз. Электр зарядтардың өзара әсерін тағайындауда француз ғалымы Ш. Кулон иірілмелі таразы көмегімен қозғалмайтын зарядталған денелердің бір-біріне әсерін қарастырды. Иірілмелі таразы серпімді жіңішке сымға асылған шыны таяқшадан тұрады, таяқшаның бір ұшына металл шар, ал екінші ұшына оны теңгеріп тұратын жүк бекітілген. Тағы бір металл шар таразының қақпағына жылжымайтындай етіп бекітілген. Шарларға аттас зарядтар бергенде олар бір-бірінен тебіледі. Шарларды белгіленген арақашықтықта ұстап тұру үшін, серпімді қылсымды қайсыбір бұрышқа бұру керек. Шарлардың өзара әсер күшін қылсымның ширатылу бұрышы арқылы өлшейді. Тәжірибенің нәтижесінде зарядтардың өзара әсер күшінің шамасы зарядтардың шамасына және арақашықтығына байланысты екені анықтап, француз ғалымы Ш. Кулон электростатиканың негізгі заңын төмендегідей тұжырымдады. Зарядтың өлшем бірлігі Кулон заңы ашылғаннан кейін тағайындалды. Х.Б. жүйесінде зарядтың бірлігі кулонды ток күші бірлігі арқылы тағайындады. \(1\) кулон (Кл) – бұл ток күші \(1\) А болғанда, өткізгіштің көлденең қимасынан \(1\) секундта өтетін заряд.

 

Иірілмелі таразы

1785 ж. француз ғалымы

Кулон тәжірибесінен		   \(F=k\frac{q_1\cdot q_2}{r^2}\)

 \(F\sim q_1\)

 \(F\sim q_2 \)

 \(F\sim \frac 1{r^2}\)

               \(F_K=k\frac{\mid q_1\mid \cdot \mid q_2\mid}{r_2}\\ \ \ \ \ \ Ваккумда\)

 

 

Вакуумда екі нүктелік зарядтардың өзара әсерлесу күштері, зарядтардың модульдарының көбейтіндісіне тура пропорционал және арақашықтығының квадратына кері пропорционал. Күштер зарядтардың центрлерінің арасын қосатын түзу бойымен қарама-қарсы бағытталады.

 

Табиғатта зарядталған нүктелік денелер болмайды, алайда денелердің арақашықтығы олардың өздерінің өлшемінен көптеген есе үлкен болса, онда зарядталған денелердің пішіні де, өлшемдері де, олардың өзара әсерлесуіне ықпалын тигізбейді. Бұл жағдайда денелерді нүктелік заряд деп қарастыруға болады.

 

\(k\) – пропорционалдық

коэффицент.

 

Әрқайсысы \(1\) Кл-ға тең екі нүктелік зарядтардың \(1\)м арақашықтықта өзара әсерлесу күшіне тең

 

\(\varepsilon_o\)– электрлік тұрақтылық

  \(K=\frac 1{4\pi\varepsilon_0}=9\cdot 10^9\frac{m^2H}{Kл^2}\) \(\varepsilon_0=8,85\cdot 10^{-12}\frac{Кл^2}{H\cdot m^2}\)
\(F_k=K\frac{\mid q_1\mid \cdot \mid q_2\mid}{r^2\cdot \varepsilon}\) \(\varepsilon\frac{F_{k (вак)}}{F_{k (орта)}}\)

\(\varepsilon\)– ортаның диэлектрлік өтімділігі.

Вакуумдағы \(F_k\) – күші ортадағы

\(F_k\)– күшінен қанша есе көп екенін көрсетеді.

 

 



Сұрақтар

  1. Жібекке үйкегенде шыны таяқшада оң заряд пайда болды. Шыны таяқшаның осы кездегі атомдары

  2. Электрон дегеніміз –

  3. Бір-бірінен \(10\) см қашықтықта орналасқан кішкентай екі шардың бірдей теріс зарядтары бар және олар \(0,23\) мН күшпен өзара әсерлеседі. Әр шардағы артық электрондардың саны

    \((k = 9·10^9 \) H · м\(^{2}\)/Кл\(^{2}\), \(e = 1,6\cdot10^{-19} \)Кл\()\)

  4. Бірдей теріс зарядпен электрленген екі дене ауада \(0,9\) Н күшпен тебіледі. Егер олардың арақашықтығы \(8\) см болса, онда әр денедегі артық электрондардың саны

    \((k = 9\cdot10^9\) Н · м\(^2\)/Кл\(^2 \), \(e= 1,6\cdot10^{-19}\)Кл\()\) 

  5. Екі заряд \(r\)\(_1\) қашықтықта \(F\)\(_1\) күшпен әсерлеседі. Егер олардың арақашықтығы \(r\)\(_2\)\(=2r\)\(_1\)болса, онда \(\frac{F_2}{F_1}\) қатынасының мәні \((F\)\(_2\) – зарядтардың \(r\)\(_2\) қашықтықтағы әсерлесу күші\()\)

  6. \(10\) мН максимал керілу күшіне есептелген жіңішке жібек жіпке оң заряды бар массасы \(0,6\) г, \(11\) нКл шар ілінген. Астынан \(13\) нКл теріс зарядталған шар жақындатқанда жіп үзілетін қашықтық

    \((k=9\cdot10^9H\cdot\) м\(^2\)/Кл\(^{2}\), \(g = 10\) м/с\(^{2}\)\()\)

  7. Нүктелік зарядтардың арасындағы өзара әсерлесу күшін \(3\) есе кемітсе, онда арақашықтықты 

  8. Сутек ядросы мен электронының арақашықтығы \( 0,5\cdot10^{-8}\)см. Олардың әсерлесу күші

    \((k = 9\cdot10^9\)Н · м\(^2\)/Кл\(^2\), \(e = 1,6\cdot10^{-19}\) Кл\()\) 

  9. \(10\) нКл және \(16\) нКл зарядтар бір-біріне \(7\) мм қашықтықта орналасқан. Кіші зарядтан \(3\) мм және үлкен зарядтан \(4\) мм қашықтықтағы нүктеге орналасқан \(2\) нКл зарядқа әсер етуші күш

    (k \(= 9 · 10^9\) Н · м\(^2\)/Кл\(^2\))

  10. \(q\)  және \(4q\) зарядпен аттас зарядталған бірдей екі металл шар бір-бірінен \(r\) қашықтықта тұр. Шарлар бір-біріне жақын қойылған. Өзара әсер күші бұрынғыдай болып қала берген жағдайдағы шарлардың x арақашықтығы

  11. Егер ауада оқшауланған жіпке ілінген массасы \(2\) г, заряды \(2\cdot10^{-8}\)Кл шардың астына \(5\) см қашықтыққа аттас \(1,2\cdot10^{-7}\)Кл заряд орналастырса, онда жіптің керілу күші

    \((k=9\cdot10^9\)Нм\(^2\)/кл\(^2\), \(\varepsilon=1,g=10\)м/с\(^2\) \()\)

  12. Егер екі нүктелік зарядты ауасыз кеңістіктен суға орналастырсақ және арақашықтығын \(4\) есе кемітсек, олардың өзара әрекеттесу күші

  13. \(1\) мкКл және \(10\) нКл екі заряд \(9\) мН күшпен бір-біріне қандай қашықтықтан әсер етеді?

     \(  k = 9\cdot10^9 \)Hм\(^2\)/Кл\(^2\)

  14. Өрістің  \(5\cdot10^{-9}\) Кл зарядқа \( 3\cdot10^{-4}\;\)H күш әсер ететіндей нүктесіндегі кернеулігін тап. Егер қарастырып отырған нүкте зарядтан \(100\) мм қашықтықта болса, онда өрісті тудыратын зарядтың шамасы қандай болады? (\(k = 9\cdot10^{-9} \)Нм\(^2\)/Кл\(^2\))

  15. Егер май ішіндегі бір-бірінен \(6\) см қашықтықтағы бірдей екі заряд бір-біріне \(0,4\) мН күшпен әсер етсе, онда әр зарядтың мәні

     \(ε= 2.5\) , \(k= 9 \cdot 10^9\) Н ⋅ м\(^2\) / Кл\(^2\)

  16. Шамалары бірдей \(10⋅10^{-9}\) Кл екі заряд қандай қашықтықта \(9⋅10^{-3}\) Н күшпен әсерлеседі?

    (\(k= 9⋅10^9\) Н ⋅ м\(^2\) / Кл\(^2\)) 

Қате туралы хабарландыру