Элеткр құбылыстары.

1.Денелердің электрлену құбылысы тектері әр түрлі екі дененің жанасуы, үйкелісі кезінде ғана байқалады.Көп жағдайда жанасқан заттардың бір-біріне тартылатынын байқауға болады. Демек, денелер өзара электрленеді де, олардың арасында электрлік тартылыс күштері пайда болады. Бұл құбылыс үйкеліс арқылы электрлену деп аталады.Электрлену барысында пайда болатын күштерді электр күштері. «элетрон» сөзінен электр деген термин шықты. Денелердің электрленуі тек үйкеліс арқылы ғана пайда болады. Үйкеліс – денелердің жанасып, ажырау процесі.Денелердің н/се бөлшектердің өзара электрлік әрекеттесу қабілетіне ие болуын сипаттайтын шаманы электр заряды деп атайды. 1. Аттас зарядтар бір-бірінен тебіледі. 2. Әр аттас электр зарядтары бір-біріне тартылады. «Жүнге үйкелген эбонит таяқшада н/се янтарьда пайда болған зарядтар шартты теріс (- q), ал жібекке н/се теріге үйкелген шыны таяқшадағы зарядтар оң (+ q) деп аталған.» Қоршаған ортаның денелерімен әрекеттеспейтін денелер жүйесін оқшауланған н/се тұйықталған деп атайды.Бұл жүйедегі электрлену құбылысы электр зарядының сақталу заңына бағынады: «Тұйықталған жүйедегі денелердің электрленуінің барлық құбылыстарында электр зарядтарының қосындысы сақталады.» q₁ + q₂ +.......+ q_n = const.

2.Электр зарядтарын өткізу қабілеттілігіне қарай заттар шартты түрде электрөткізгіштер және электр өткізбейтіндер болып бөлінеді. Бойынан электр зарядын өткізетін затарды өткізгіштер деп атайды. Оларға адамның, малдың денесі ылғал жер жатады. Барлық металдар, тұздар,қышқылдардың судағы ерітінділері, графит электр зарядтарын жақсы өткізеді.

Электр зарядын өткізбейтіндерге немесе диэлектриктерге пластмасс, фарфор,шыны,эбонит,плексиглас,органикалық шыны,янтарь,резеңке,маталар,керосин, май,ауа,газдар жатады. Оларды оқшаулағыштар немесе изоляторлар деп атайды.

3.Атом құрылысы.Элементар электр заряды: Барлық денелер молекулалардан тұрады, молекулалар атомдарға бөлінеді, тұтас алғанда, атомдар мен молекулалар электрлік бейтарап болады. Демек, атомдар мен молекулаларды құрайтын бөлшектердің электр зарядтары бар. Электр зарядын арттыруға және азайтуға болады. Ол әр түрлі мәнге ие болуы мүмкін. Орыс ғалымы А.Ф.Иоффе мен америкалық ғалым Р.Милликеннің бір-біріне тәуелсіз электр зарядтарының бөлінуіне жүргізген іргелі тәжірибелерінің негізінде олардың шексіз бөлінбейтіні анықталды. Қандай да бір мөлшерден әрі қарай бөлінбейтін ең аз теріс заряды бар бөлшек электрон деп аталады. Р. Милликен тәжірибе жүзінде электрон зарядының мәнін анықтады. Физиканың одан әрі дамуы. Р. Милликен мен А.Ф. Иоффенің алған нәтижелерінің дұрыс екенін дәлелдеді.Электронның электр заряды элементар заряд деп аталады. Электрон заряды теріс және оны е әрпімен белгілейде. е = - 1.6 * 10^-19 Кл, Электронның массасы   m = 9.1 * 10^-31 кг – ға тең.

Сонымен тәжірибе жүзінде атомда элементар теріс зарядталған бөлшек – электронның бар екені дәлелденді және бұл атом құрылысының күрделі екені белгілі болды. Атомның құрылысын ашудағы шешуші рөл ағылшын физигі Э.Резерфодқа тиесілі, ол 1911 жылы атомның планеталық моделін ұсынды.Атомның өлшемі өте аз шамамен 10^-10 м, атомның ядросы одан да кіші, ол атомнан 10 мың есе кіші шамамен 10^-14м.Ядроның құрамына оң зарядталған бөлшек протон кіреді.Оның заряды электронның зарядына тең, ал массасы электронның массасынан 1840 есе үлкен. Атом ядросында протоннан басқа заряды жоқ нейтрон деген бейтарап бөлшек табылды. Атомдағы электрондардың саны протондардың санына тең. Нейтронның массасы протонның массасынан сәл ғана артық.Егер қандай да бір өзара әрекеттесудің нәтижесінде атом электрондарының біразын жоғалтса, атомның оң заряды артып, ол оң зарядталған болады. Атом мұндай күйде оң ион деп аталады. Керісінше, егер атом электрондар қосып алса, онда атом теріс зарядқа ие болып теріс ион деп аталады.

4.Кулон заңы. Француз физигі Ш. Кулон 1785 жылы тәжірибе жүзінде вакуумдегі нүктелік зарядтардың өзара әрекеттесу заңын ашты. Өлшемдері өзара әрекеттесетін денелердің арақашықтығынан көп кіші болатын зарядталған денелерді нүктелік заряд деп атайды. Көптеген тәжірибелер жүргізе отырып Кулон электрленген шарлардың өзара әрекеттесу күші олардың зарядтарының көбейтіндісіне тура пропорционал, ал олардың арақашықтығының квадратына кері пропорционал деген қорытындыға келді: F * ; F   Т әжірибелердің нәтижесін біріктіріп, нүктелік зарядтар вакуумде өзара әрекеттеседі деп есептеп, Кулон өзінің атымен аталатын заңды тағайындады:             F

Озғалмайтын екі нүктелік заряд вакуумде зарядтардың көбейтіндісіне тура пропорционал және олардың арақашықтығының квадратына кері пропорционал күшпен әрекеттеседі».

Зарядталған денелердің өзара әрекеттесу күштері сан мәні жағынан тең және осы денелерді қосатын түзудің бойымен бағытталады.

k пропорционалдық коэффициентін енгізе отырып Кулон заңынын математикалық өрнегін аламыз: F= ; 1 кулон – вакуумде 1 м қашықтықта орналасқан, шамасы жағынан өзіне тең нүктелік зарядқа 9*10⁹ Н күшпен әрекет ететін нүктелік заряд. 1 кулон – өте үлкен заряд.

k коэфф-нің мәні SI жүйесінде: k =  = 9 * 10⁹ Н м² / Кл² мұндағы = 8,85 * 10^-12 Кл²/ Н м² электр тұрақтысы деп аталады.

SI жүйесінде Кулон заңы былай жазылады: F= ; Зарядтардың өзара әрекеттесу күштерінің ортаға байланыстылығын көрсететін Кулон заңы: F=

 – ортаның диэлектрлік өтімділігі.

5.Электр өрісі. Электр өрісінің кернеулігі: Кез келген зарядталған дененің айналасында электр өрісі деп аталатын ерекше кеңістіктің бар екенін көрсетеміз. Осы өріс арқылы электрлік өзара әрекеттесу жүзеге асады. Электр өрісі ұғымын ағылшын ғалымдары Фарадей және Дж. Максвелл енгізді.Электр өрісі материяның айрықша бір түрі болып табылады. Ол тек зарядталған денелерге әрекет етуінен ғана байқалады. Зарядталған денелердің манында электр өрісінің әрекеті күштірек, ал олардан алыстаған сайын өріс әлсірейді.зарядталған денеге немесе бөлшекке өріс тарапынан әрекет ететін күшті электрлік күш деп атаймыз. Заряд бірлігіне әрекет ететін күшке тең   F / q қатынасы электр өрісінің күштік сипаттамасы болып табылады және осы нүктедегі электр өрісінің кернеулігі деп атайды. Өріс кернеулігінің бағыты осы өрістегі оң зарядқа әрекет ететін күштің бағытымен бағыттас векторлық шама болып табылады. Кернеулік Е арқылы белгіленеді:              Е= F/q  (Н/кл) – SI  жүйесіндегі бірлігі.

Нүктелік зарядтың электр өрісінің кернеулігі өріс көзінің  q₀ зарядының модуліне тура пропорционал және q₀  көзден өрістің осы нүктесіне дейінгі арақашықтықтың квадратына  r²  кері пропорционал.  SI жүйесінде кернеулік формуласы төмендегідей болады: Е =

Электр өрісінің күш сызықтары деп өрістегі оң зарядталған бөлшекке әрекет ететін күштің бағытын көрсететін сызықтарды айтады. Күш сызықтарының міндетті түрде басы мен аяғы болады немесе шексіздікке кетеді. Электр өрісінің күш сызықтары оң зарядтан теріс зарядқа бағытталған. Біртекті электр өрісіндегі кернеулік сызықтары бір-біріне параллель. Электр өрісінің кернеулік сызықтары тұйықталмаған, үздіксіз және қиылыспайды.

6.Потенциал және потенциалдар айырымы: Электрөрісіне енгізілген зарядталған денеге өріс тарапынан күш әрекет етеді. Осы күштің әрекетінен дене орын ауыстыра алады. Зарядтың орын ауыстыруы кезінде жұмыс атқарылады. Қозғалмайтын электр зарядтарының электр өрісі электростатикалық өріс деп аталады.Егер зарядтың бастапқы және соңғы орындарының арақашықтығы d болса, онда электр өрісінде зарядтың орын ауыстыруы кезінде атқарылатын А жұмыс заряд шамасы мен потенциалдар айырымының көбейтіндісіне тең. А = qEd = q (   )

Электр өрісінің кез келген нүктесіндегі энергетикалық сипаттамасы  потенциал болып табылады. Өрістің екі нүктесінің U потенциалдар айырымын кернеу деп атайды.

 = А/ q = E₁ /q - E₂ /q  ; U =  -  = A /q

Потенциалдар айырымы электр өрісінің энергетикалық сипаттамасы болып табылады.Электр өрісінің кернеулігі қарастырылатын нүктелер арасындағы кернеудің олардың арақашықтығына қатынасына тең. Кернеуліктің кернеумен байланысы бар формуламен анықталады:

 -  = U = E / d немесе E = U / d Е (Н /Кл) және Е (В /м);  - (Дж/Кл)                              (1 В = 1 Дж / Кл)

7.Конденсаторлар: Әр аттас электр зарядтарын жинақтау үшін конденсаторлар қолданылады. Конденсатор деп қалындығы өткізгіштердің өлшемдерімен салыстырғанда өте аз, диэлектрик қабатымен бөлінген қос өткізгіштен тұратын жүйені айтады. Мысалы, параллель орналасқан және диэлектрик қабатымен бөлінген екі жазық металл пластина жазық конденсатор құрайды.Конденсатор пластинасының сыртқы жағына біртіндеп зарядын беруге болады. Онда зарядтар қанша есе артса, пластиналардың арасындағы потенциалдар айырымының (кернеудің) сонша есе артқанын байқаймыз. Бірақ зарядтың кернеуге қатынасы тұрақты болып қалады.                     С = q/ U = const.   С - шамасы конденсатордың электрсыйымдылығы деп аталады, ол конденсатордың электр зарядтарын, яғни электр өрісін жинау және сақтау қасиетін сипаттайды.

«Конденсатордың электрсыйымдылығы деп конденсатор зарядының конденсатор пластиналары арасындағы потенциалдар айырымына қатынасымен өлшенетін физикалық шаманы айтады.»

   С = q/ U = q / ; - потенциал н/се потенциал айырымы.

                          U – кернеу, q – зарядтың шамасы.

SI жүйесінде электрсыйымдылықтың бірлігіне 1 Фарад алынады: 1Ф =  1 Кл / 1В

«Жазық конденсатордың сыйымдылыңы пластиналардың ауданы мен пластиналарды бөлетін диэлектриктің салыстырмалы диэлектрлік өтімділігіне тура пропорционал және пластиналардың арақашықтығына кері пропорционал» екені анықталды. С= S /d