| Elektr zaryadi | |
|---|---|
| q, Q | |
| O‘lchamlik | TI |
| O‘lchov birliklari | |
| SI | kulon |
| SGSE | statkulon (franklin) |
| SGSM | abkulon |
| Boshqa birliklar | amper-soat, faradey, elementar zaryad |
| Xususiyatlari | |
| skalyar kattalik, Kvantlangan | |
Elektr zaryadi (elektr miqdori) — fizik skalyar kattalik, u jismlarning elektromagnit maydonlarni hosil qilish va elektromagnit o‘zaro ta’sirda qatnashish qobiliyatini ifodalaydi.
Elektr zaryadi tushunchasi ilk bor Kulon qonuniga kiritilgan — 1785-yilda.
Elektr zaryadining o‘lchov birligi Xalqaro birliklar tizimida (SI) — kulon. Bir kulon — tok kuchi 1 A bo‘lgan o‘tkazgichning ko‘ndalang kesimidan 1 s davomida o‘tadigan zaryadga teng. Agar har biri elektr zaryadiga ega bo‘lgan ikkita jism (q1 = q2 = 1 Kl) vakuumda bir-biridan 1 m masofada joylashgan bo‘lsa, ular orasidagi o‘zaro ta’sir kuchi taxminan 9⋅109 N.
Tarixi


Qadim zamonlardayoq qahrabo (qadimgi yunoncha ἤλεκτρον — elektron) junga ishqalanganda yengil jismlarni tortishi ma’lum bo‘lgan. XVI asrning oxirida ingliz shifokori Uilyam Gilbert ishqalangandan so‘ng yengil jismlarni o‘ziga tortadigan jismlarni elektrlangan deb atadi.
Aynan 1729-yilda Sharl Dyufe zaryadlarning ikki turi mavjudligini aniqladi. Birinchisi shishani ipakka ishqalashda, ikkinchisi esa smolani junga ishqalashda hosil bo‘ladi. Shu sababli Dyufe ularni mos ravishda «shisha» va «smola» zaryadlari deb atadi. Musbat va manfiy zaryad tushunchalarini fanga birinchi bo‘lib kiritgan olim Benjamin Franklin bo‘lgan.
Aynan XX asr boshlarida amerikalik fizik Robert Milliken tajriba orqali ko‘rsatdiki, elektr zaryadi diskretdir, ya’ni har qanday jism zaryadi elementar elektr zaryadining butun sonli karrasiga teng.
Elektrostatika
Elektrostatika deb elektr haqidagi fanning tanlangan inersial sanoq sistemasiga nisbatan tinch turgan zaryadlar tizimlarining o‘zaro ta’siri va xossalarini o‘rganuvchi bo‘limiga aytiladi.
Elektr zaryadining miqdori (yoki shunchaki elektr zaryadi), har qanday kuch kabi, faqat musbat qiymatlar qabul qilishi mumkin. Manfiy ishora bilan yozish qarama-qarshi yo‘nalishni bildiradi. Bu kattalik zaryad tashuvchilar va zaryadlangan jismlarning sonli tavsifidir. U shunday aniqlanadiki, zaryadlar orasida maydon orqali uzatiladigan kuch ta’siri o‘zaro ta’sirlashayotgan zarrachalar yoki jismlar zaryadlarining kattaligiga to‘g‘ri proporsional bo‘ladi, ularga elektromagnit maydon tomonidan ta’sir etuvchi kuchlarning yo‘nalishi esa zaryadlar ishorasiga bog‘liq.
Har qanday jismlar tizimining elektr zaryadi taxminan 1,6⋅10−19 Kl ga teng elementar zaryadlarning butun sonli yig‘indisidan iborat (SI tizimida); SGSE tizimida esa elementar zaryad taxminan 4,8⋅10−10 SGSE birligiga teng. Elektr zaryadini tashuvchilar — elektr zaryadlangan elementar zarrachalar. Erkin holatda barqaror va massasi eng kichik bo‘lgan, bitta manfiy elementar elektr zaryadiga ega zarracha — elektron (uning massasi — 9,11⋅10−31 kg). Erkin holatda barqaror va massasi eng kichik bo‘lgan, bitta musbat elementar zaryadli antizarracha — pozitron, uning massasi elektronnikiga teng. Shuningdek, bitta musbat elementar zaryadga ega barqaror zarracha — proton (massasi — 1,67⋅10−27 kg) hamda kamroq uchraydigan boshqa zarrachalar ham mavjud. 1964-yilda zaryadi yanada kichikroq (±1⁄3 va ±⅔ elementar zaryad) bo‘lgan zarrachalar — kvarklar ham mavjud degan faraz ilgari surilgan. Biroq ular erkin holatda ajratib olinmagan (aftidan, faqat boshqa zarrachalar — adronlar tarkibida mavjud bo‘lishi mumkin). Shu sababli har qanday erkin zarracha faqat elementar zaryadning butun sonli karrasiga teng zaryad tashiydi.
Har qanday elementar zarrachaning elektr zaryadi relyativistik invariant kattalikdir. U sanoq sistemasiga bog‘liq emas, ya’ni zarracha harakatlanayotgani yoki tinch turganidan qat’i nazar o‘zgarmaydi va zarrachaning butun mavjudlik davrida unga xos bo‘lib qoladi. Shu sababli zaryadlangan elementar zarrachalar ko‘pincha ularning elektr zaryadlari bilan aynanlashtiriladi. Umuman olganda, tabiatda manfiy zaryadlar soni musbat zaryadlar soniga teng. atomlar va molekulalarning elektr zaryadi nolga teng, qattiq jismlardagi musbat va manfiy ionlar zaryadlari esa har bir kristall panjara yacheykasida o‘zaro kompensatsiyalangan.
Zaryadlarning o‘zaro ta’siri

Elektr zaryad tashuvchilarining tabiatda mavjudligini ko‘rsatuvchi eng oddiy, kundalik hodisa — jismlarning bir-biriga tegishi natijasida elektrlanishi. Elektr zaryad tashuvchilarining bir-birini ham tortishi, ham itarishi elektr zaryadning ikki xil turi mavjudligi bilan izohlanadi. Elektr zaryadning bir turi musbat, ikkinchisi esa manfiy deb ataladi. Qarama-qarshi ishorali zaryadlangan jismlar bir-birini tortadi, bir xil ishorali zaryadlangan jismlar esa bir-biridan itariladi.
Elektr jihatdan neytral ikki jism bir-biriga tegib ishqalanganda, zaryadlar bir jismdan ikkinchisiga o‘tadi. Natijada har bir jismda musbat va manfiy zaryadlar yig‘indisining tengligi buziladi va jismlar qarama-qarshi ishorali zaryadlanadi.
Jism ta’sir orqali elektrlanganda, undagi zaryadlarning bir tekis taqsimlanishi buziladi. Zaryadlar qayta taqsimlanib, jismning bir qismida musbat zaryad, boshqa qismida esa manfiy zaryad ortiqcha bo‘lib qoladi. Bu ikki qism bir-biridan ajratilsa, ular qarama-qarshi ishorali zaryadga ega bo‘ladi.
Elektr zaryadining saqlanish qonuni
Yopiq tizimning umumiy elektr zaryadi vaqt davomida saqlanadi va kvantlangan bo‘ladi, ya’ni faqat elementar elektr zaryadiga karrali porsiyalar bilan o‘zgarishi mumkin. Boshqacha aytganda, elektr jihatdan izolyatsiyalangan tizimni tashkil etuvchi jismlar yoki zarrachalar elektr zaryadlarining algebraik yig‘indisi bu tizimda qanday jarayonlar sodir bo‘lishidan qat’i nazar o‘zgarmaydi.
Ko‘rib chiqilayotgan tizimda yangi elektr zaryadlangan zarrachalar paydo bo‘lishi mumkin. Masalan, atom yoki molekulalarning ionlanishi natijasida elektronlar, elektrolitik dissotsiatsiya natijasida esa ionlar va boshqa zarrachalar hosil bo‘ladi. Biroq tizim elektr jihatdan izolyatsiyalangan bo‘lsa, undagi barcha zarrachalar, jumladan, yangi hosil bo‘lgan zarrachalar zaryadlarining algebraik yig‘indisi doimo saqlanadi.
Elektr zaryadining saqlanish qonuni — fizikaning asosiy qonunlaridan biridir. Uni birinchi marta tajribada 1843-yilda ingliz olimi Maykl Faradey tasdiqlagan. Bugungi kunda u fizikaning fundamental saqlanish qonunlaridan biri deb hisoblanadi (xuddi impulsning saqlanish qonuni va energiyaning saqlanish qonuni kabi). Zaryadning saqlanish qonuni hozirgacha tobora sezgirroq tajribalar yordamida sinab kelinmoqda va uning buzilishi hali kuzatilmagan.
Erkin zaryad tashuvchilar
Erkin elektr zaryad tashuvchilarning konsentratsiyasiga qarab jismlar o‘tkazgichlar, dielektriklar va yarimo‘tkazgichlar.
- O‘tkazgichlar — elektr zaryad tashuvchilari butun hajmi bo‘ylab harakatlana oladigan jismlardir. O‘tkazgichlar ikki guruhga bo‘linadi: 1) birinchi tur o‘tkazgichlar (metallar), ularda elementar elektr zaryad tashuvchilarining (erkin elektronlarning) harakati kimyoviy o‘zgarishlar bilan kechmaydi; 2) ikkinchi tur o‘tkazgichlar (masalan, suyuqlantirilgan tuzlar, eritmalar, xususan kislota eritmalari), ularda zaryad tashuvchilarining (musbat va manfiy ionlarning) ko‘chishi kimyoviy o‘zgarishlarga olib keladi.
- Dielektriklar (masalan, shisha, plastmassa) — erkin elektr zaryad tashuvchilari deyarli mavjud bo‘lmagan jismlardir.
- Yarimo‘tkazgichlar (masalan, germaniy, kremniy) o‘tkazgichlar bilan dielektriklar orasidagi oraliq o‘rinni egallaydi.
O‘lchash

Jismning umumiy elektr zaryadini aniqlash va o‘lchash uchun elektroskop qo‘llanadi. U metall sterjen — elektrod va unga osilgan ikkita yupqa folga yaproqchasidan iborat. Zaryadlangan jism elektrodga tekkizilganda zaryad tashuvchilar elektrod orqali folga yaproqchalariga o‘tadi. Natijada yaproqchalar bir xil ishorali zaryadlanib, bir-biridan uzoqlashadi.
Shuningdek, elektrometrdan ham foydalanish mumkin. Uning eng oddiy turi metall sterjen va gorizontal o‘q atrofida aylana oladigan strelkadan iborat. Elektr zaryadlangan jism elektrometr sterjeniga tekkizilganda, zaryad tashuvchilar sterjen va strelka bo‘ylab taqsimlanadi. Ulardagi bir xil ishorali zaryadlar orasida yuzaga keladigan itarish kuchlari strelkaning burilishiga olib keladi. Kichik elektr zaryadlarini o‘lchashda sezgirligi yuqoriroq bo‘lgan elektron elektrometrlardan foydalaniladi.
Adabiyotlar
- M. Yu. Xlopov. Zaryad // Fizika ensiklopediyasi : [5 jildda] / Bosh muharrir A. M. Proxorov. — M.: Sovet ensiklopediyasi (1–2-jildlar); Katta Rossiya ensiklopediyasi (3–5-jildlar), 1988—1999. — ISBN 5-85270-034-7.
Havolalar
- Roller, Duane; Roller, D.H.D. (1953). Elektr fani shakllanishidan oldingi tarix (The Prenatal History of Electrical Science). Amerika fizika jurnali (American Journal of Physics). 21 (5): 351. Bibcode:1953AmJPh..21..343R. doi:10.1119/1.1933449.
- Roller, Duane; Roller, D.H.D. (1953). Elektr fani shakllanishidan oldingi tarix (The Prenatal History of Electrical Science). Amerika fizika jurnali (American Journal of Physics). 21 (5): 356. Bibcode:1953AmJPh..21..343R. doi:10.1119/1.1933449.