Сэдэв 1.1 ЦАХИЛГААН ЦЭНЭГ.

1-р хэсэг ЭЛЕКТРОДИНАМИКИЙН ҮНДЭС

1. Биеийн цахилгаанжуулалт. Цэнэгийн хэмжээ гэсэн ойлголт.

Цэнэг хадгалах хууль.

2. Цэнэг хоорондын харилцан үйлчлэх хүч.

Кулоны хууль.

3. Орчны диэлектрик тогтмол.

4. Цахилгаан эрчим хүчний нэгжийн олон улсын систем.

1. Биеийн цахилгаанжуулалт. Цэнэгийн хэмжээ гэсэн ойлголт.

Цэнэг хадгалах хууль.

Хэрэв хоёр гадаргууг ойртуулах юм бол боломжтой электрон дамжуулалт нэг гадаргуугаас нөгөөд шилжих ба эдгээр гадаргуу дээр цахилгаан цэнэгүүд гарч ирдэг.

Энэ үзэгдлийг ЦАХИЛГААНЧИЛАЛ гэж нэрлэдэг. Үрэлтийн үед гадаргуугийн нягт харьцах талбай нэмэгдэж, гадаргуу дээрх цэнэгийн хэмжээ нэмэгддэг - энэ үзэгдлийг ҮРЭЛТИЙН ЦАХИЛГААН гэж нэрлэдэг.

Цахилгаанжуулалтын явцад цэнэгийн дахин хуваарилалт явагддаг бөгөөд үүний үр дүнд хоёр гадаргуу нь ижил хэмжээтэй, эсрэг тэмдгээр цэнэглэгддэг.

Учир нь бүх электронууд ижил цэнэгтэй (сөрөг) e = 1.6 10 C, дараа нь гадаргуу дээрх цэнэгийн хэмжээг (q) тодорхойлохын тулд гадаргуу дээр хэдэн электрон илүүдэл буюу дутагдалтай байгааг мэдэх шаардлагатай (N) ба нэг электроны цэнэг.

Цахилгаанжуулалтын явцад шинэ цэнэгүүд гарч ирэхгүй, алга болдоггүй, харин зөвхөн үүсдэг дахин хуваарилалтбие эсвэл биеийн хэсгүүдийн хооронд байдаг тул биетүүдийн хаалттай системийн нийт цэнэг тогтмол хэвээр байгаа нь ЦЭНГИЙГ ХАМГААЛАХ ХУУЛИЙН утга учир юм.

2. Цэнэг хоорондын харилцан үйлчлэлийн хүч.

Кулоны хууль.

Цахилгаан цэнэг нь хол зайд байрлах үед харилцан үйлчилдэг бол цэнэг нь түлхэж, ялгаатай нь татдаг.

Анх удаа л мэдсэн туршлагатайЦэнэгүүдийн харилцан үйлчлэлийн хүч франц хэлнээс хэрхэн хамаардаг вэ? эрдэмтний зүүлтмөн КУЛЛОМБЫН хууль хэмээх хуулийг гаргаж авсан. Үндсэн хууль, өөрөөр хэлбэл. туршлага дээр үндэслэсэн. Энэ хуулийг гаргахдаа Кулон ашигласан мушгих хэмжүүр.

3) k – хүрээлэн буй орчны хамаарлыг илэрхийлдэг коэффициент.

Кулоны хуулийн томъёо.

Хоёр суурин цэгийн цэнэгийн хоорондын харилцан үйлчлэлийн хүч нь эдгээр цэнэгийн хэмжээнүүдийн үржвэртэй шууд пропорциональ ба тэдгээрийн хоорондох зайны квадраттай урвуу пропорциональ бөгөөд эдгээр цэнэгүүдийн байрлаж буй орчноос хамаардаг бөгөөд тэдгээрийн дагуу чиглүүлдэг. Эдгээр цэнэгийн төвүүдийг холбосон шулуун шугам.

3. Орчны диэлектрик тогтмол.

Э - нэвтрүүлэх чадвархүрээлэн буй орчны төлбөрөөс хамаарна.

E = 8.85*10 - физик тогтмол, вакуум диэлектрик тогтмол.

E – орчны харьцангуй диэлектрик тогтмол нь вакуум дахь цэгийн цэнэгүүдийн харилцан үйлчлэлийн хүч өгөгдсөн орчинтой харьцуулахад хэд дахин их байгааг харуулдаг. Вакуумд хүчтэй харилцан үйлчлэлхураамж хооронд.

4. Цахилгаан эрчим хүчний нэгжийн олон улсын систем.

SI систем дэх цахилгааны үндсэн нэгж нь 1А гүйдэл, бусад бүх хэмжилтийн нэгжийг 1Амперээс авдаг.

1С нь 1 секундын дотор 1А гүйдлээр дамжуулагчийн хөндлөн огтлолоор цэнэглэгдсэн хэсгүүдээр дамжсан цахилгаан цэнэгийн хэмжээ юм.

Сэдэв 1.2 ЦАХИЛГААН ТАЛБАЙ

1. Цахилгаан орон - яаж онцгой төрөласуудал.

6. Боломжит зөрүү ба цахилгаан орны хүч чадлын хамаарал.

1. Цахилгаан орон нь тусгай төрлийн матери юм.

Байгальд цахилгаан соронзон орон нь материйн нэг төрөл байдаг. IN өөр өөр тохиолдолЦахилгаан соронзон орон нь янз бүрийн хэлбэрээр, жишээлбэл, эргэн тойронд илэрдэг суурин төлбөрЗөвхөн цахилгаан орон л илэрдэг бөгөөд үүнийг электростатик гэж нэрлэдэг. Гар утасны цэнэгийн ойролцоо цахилгаан болон цахилгааны аль алиныг нь илрүүлж болно соронзон орон, эдгээр нь нийлээд ЦАХИЛГААН СОРОНЗНЫ ТАЛБАРуудыг төлөөлдөг.

Электростатик талбайн шинж чанарыг авч үзье.

1) Цахилгаан статик орон нь хөдөлгөөнгүй цэнэгүүдээр үүсгэгддэг, ийм талбарыг илрүүлж болно

туршилтын хураамжийг ашиглан (жижиг эерэг цэнэг), учир нь Зөвхөн тэдгээрт цахилгаан орон нь Кулоны хуулийг дагаж мөрддөг хүчний нөлөө үзүүлдэг.

2. Цахилгаан талбайн хүч.

Цахилгаан орон нь бодисын нэг төрөл болох энерги, масс, орон зайд тархдаг терминалын хурдбөгөөд онолын хил хязгааргүй.

Практикт туршилтын төлбөрт мэдэгдэхүйц нөлөө үзүүлэхгүй бол талбар байхгүй гэж үздэг.

Туршилтын цэнэгийн хүчийг ашиглан талбарыг илрүүлэх боломжтой тул цахилгаан талбайн гол шинж чанар нь юм хурцадмал байдал.

Хэрэв өөр өөр хэмжээтэй туршилтын цэнэгийг цахилгаан талбайн нэг цэгт оруулбал хооронд нь ажиллах хүчтуршилтын цэнэгийн хэмжээ нь шууд пропорциональ хамаарал юм.

Үйлчлэх хүч ба цэнэгийн хэмжээ хоорондын пропорциональ коэффициент нь E хүчдэл юм.

E = цахилгаан орны хүчийг тооцоолох томъёо, хэрэв q = 1 C бол | E | = | F |

хурцадмал байдал байна хүчний шинж чанарцахилгаан талбайн цэгүүд, учир нь энэ нь цахилгаан орны өгөгдсөн цэг дээр 1 С-ийн цэнэгт үйлчлэх хүчтэй тоон хувьд тэнцүү байна.

Хүчдэл нь вектор хэмжигдэхүүн бөгөөд чиглэлийн хурцадмал байдлын вектор нь цахилгаан талбайн өгөгдсөн цэг дээр эерэг цэнэг дээр ажиллаж буй хүчний вектортой давхцдаг.

3. Цахилгаан орны хүч чадлын шугам. Нэг төрлийн цахилгаан орон.

Цахилгаан талбарыг тодорхой дүрслэхийн тулд, i.e. графикаар цахилгаан орны хүч чадлын шугамыг ашиглана. Эдгээр нь хүчний шугам гэж нэрлэгддэг шугамууд бөгөөд тэдгээрт чиглэсэн шүргэгч нь цахилгаан талбайн цэгүүд дэх эрчмийн векторуудтай давхцдаг. шугам дамждаг,

Хүчдэлийн шугамууд байна дараах шинж чанарууд:

1) байрлалаас эхэл. Цэнэгүүд нь сөрөг төгсгөл эсвэл эерэгээр эхэлдэг. цэнэгүүд нь хязгааргүйд очдог эсвэл хязгааргүйгээс ирж эерэг цэнэгүүдээр төгсдөг.

2) Эдгээр шугамууд тасралтгүй бөгөөд хаана ч огтлолцохгүй.

3) Шугамын нягт (нэгж гадаргуугийн талбайн шугамын тоо) ба цахилгаан талбайн хүч нь шууд ба пропорциональ хамааралтай байна.

Нэг төрлийн цахилгаан талбарт талбайн бүх цэгүүдийн эрчим нь графикаар ижил байдаг, ийм талбарууд бие биенээсээ ижил зайд параллель шугамаар дүрслэгддэг. Ийм талбарыг бие биенээсээ бага зайд байрлах хоёр зэрэгцээ хавтгай цэнэглэгдсэн хавтангийн хооронд авч болно.

4. Цахилгаан орон дахь цэнэгийг хөдөлгөх ажил.

Цахилгаан цэнэгийг нэгэн жигд цахилгаан талбарт байрлуулцгаая. Хүчнүүд талбайн цэнэг дээр ажиллах болно. Хэрэв цэнэгийг шилжүүлсэн бол ажил хийгдэж болно.

Төгс ажилбүс нутагт:

A = q E d - цахилгаан орон дахь цэнэгийг хөдөлгөх ажлыг тооцоолох томъёо.

Дүгнэлт: Цахилгаан талбар дахь цэнэгийг хөдөлгөх ажил нь траекторийн хэлбэрээс хамаардаггүй, харин хөдөлж буй цэнэгийн хэмжээ (q), талбайн хүч (E), түүнчлэн тэнхлэгийн сонголтоос хамаарна. Хөдөлгөөний эхлэл ба төгсгөлийн цэгүүд (d).

Хэрэв цахилгаан талбайн цэнэгийг битүү хэлхээний дагуу хөдөлгөвөл гүйцэтгэсэн ажил 0-тэй тэнцүү байх болно.Ийм талбарыг боломжит талбар гэнэ. Ийм талбайн биетүүд боломжит энергитэй байдаг, өөрөөр хэлбэл. Цахилгаан талбайн аль ч цэг дэх цахилгаан цэнэг нь энергитэй байх ба цахилгаан талбайд хийсэн ажил нь хөдөлгөөний эхний ба эцсийн цэгүүд дэх цэнэгийн боломжит энергийн зөрүүтэй тэнцүү байна.

5. Боломж. Боломжит ялгаа. Хүчдэл.

Хэрэв орвол энэ цэгөөр өөр хэмжээтэй цэнэгийг байрлуулах цахилгаан орон , тэгвэл цэнэгийн боломжит энерги ба түүний хэмжээ нь харилцан хамааралтай шууд пропорциональ байна.

-(phi) цахилгаан орны цэгийн потенциал

Потенциал нь цахилгаан талбайн цэгүүдийн энергийн шинж чанар юм, учир нь энэ нь цахилгаан орны өгөгдсөн цэг дэх 1 С цэнэгийн потенциал энергитэй тоон хувьд тэнцүү байна.

Асаалттай тэнцүү зайтайцэгийн цэнэгээс хээрийн цэгүүдийн потенциал ижил байна. Эдгээр цэгүүд нь ижил потенциалтай гадаргууг үүсгэдэг бөгөөд ийм гадаргууг эквипотенциал гадаргуу гэж нэрлэдэг. Хавтгай дээр эдгээр нь тойрог, орон зайд бөмбөрцөг юм.

Хүчдэл

Цахилгаан орон дахь цэнэгийг хөдөлгөх ажлыг тооцоолох томъёо.

1V нь 1С цэнэгийг хөдөлгөж, 1Ж ажил гүйцэтгэх үед цахилгаан талбайн цэгүүдийн хоорондох хүчдэл юм.

Цахилгаан орны хүч, хүчдэл ба боломжит зөрүүний хамаарлыг тодорхойлох томъёо.

Эрчим хүч нь 1 м-ийн зайд талбайн нэг шугамын дагуу авсан талбайн хоёр цэгийн хоорондох хүчдэл эсвэл боломжит зөрүүтэй тоон утгаараа тэнцүү байна. (-) тэмдэг нь хүчдэлийн вектор үргэлж буурах боломж бүхий талбайн цэгүүд рүү чиглэнэ гэсэн үг юм.

Үзэл баримтлалтай төстэй таталцлын массНьютоны механик дахь бие, электродинамик дахь цэнэгийн тухай ойлголт нь анхдагч, үндсэн ойлголт юм.

Цахилгаан цэнэг - Энэ физик хэмжигдэхүүн, цахилгаан соронзон хүчний харилцан үйлчлэлд орох бөөмс эсвэл биеийн шинж чанарыг тодорхойлдог.

Цахилгаан цэнэгийг ихэвчлэн үсгээр илэрхийлдэг qэсвэл Q.

Туршилтын бүх мэдэгдэж буй баримтуудын нийлбэр нь дараахь дүгнэлтийг гаргах боломжийг бидэнд олгодог.

Хоёр төрөл байдаг цахилгаан цэнэг, уламжлалт байдлаар эерэг ба сөрөг гэж нэрлэдэг.

Төлбөрийг нэг биеэс нөгөөд шилжүүлж болно (жишээлбэл, шууд холбоо барих). Биеийн массаас ялгаатай нь цахилгаан цэнэг нь тухайн биеийн салшгүй шинж чанар биш юм. Өөр өөр нөхцөлд байгаа ижил бие өөр өөр цэнэгтэй байж болно.

Цэнэгүүд няцаах шиг, цэнэг татахаас ялгаатай. Үүнийг бас харуулж байна үндсэн ялгаататалцлын хүчнээс цахилгаан соронзон хүч. Таталцлын хүчүргэлж татах хүч байдаг.

Байгалийн үндсэн хуулиудын нэг бол туршилтаар тогтоосон хууль юм цахилгаан цэнэгийн хадгалалтын хууль .

IN тусгаарлагдсан систем алгебрийн нийлбэрбүх биеийн цэнэг тогтмол хэвээр байна:

Цахилгаан цэнэг хадгалагдах хуульд заасан байдаг хаалттай системБие махбодид зөвхөн нэг тэмдгийн цэнэгийг үүсгэх эсвэл алга болох үйл явцыг ажиглах боломжгүй юм.

ХАМТ орчин үеийн цэгБидний бодлоор цэнэг зөөгч нь энгийн бөөмс юм. Бүх энгийн биетүүд нь эерэг цэнэгтэй протон, сөрөг цэнэгтэй электронууд, төвийг сахисан бөөмс - нейтронуудаас бүрддэг атомуудаас бүрддэг. Протон ба нейтрон нь нэг хэсэг юм атомын цөмүүд, электронууд үүсдэг электрон бүрхүүлатомууд. Протон ба электронуудын цахилгаан цэнэгүүд нь яг ижил хэмжээтэй бөгөөд энгийн цэнэгтэй тэнцүү байна. д.

Төвийг сахисан атомд цөм дэх протоны тоо нь бүрхүүл дэх электронуудын тоотой тэнцүү байна. Энэ дугаарыг дуудаж байна атомын дугаар . Тухайн бодисын атом нэг буюу хэд хэдэн электроноо алдаж эсвэл нэмэлт электрон авч болно. Эдгээр тохиолдолд төвийг сахисан атом нь эерэг эсвэл сөрөг цэнэгтэй ион болж хувирдаг.

Нэг биеэс нөгөөд цэнэгийг зөвхөн бүхэл тооны энгийн цэнэг агуулсан хэсгүүдэд шилжүүлж болно. Тиймээс биеийн цахилгаан цэнэг нь салангид хэмжигдэхүүн юм.

Зөвхөн салангид цуврал утгыг авч чаддаг физик хэмжигдэхүүнүүдийг нэрлэдэг квантчилсан . Анхан шатны төлбөр дцахилгаан цэнэгийн квант (хамгийн бага хэсэг) юм. онд гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй орчин үеийн физикэнгийн бөөмс, кварк гэж нэрлэгддэг хэсгүүд байдаг гэж үздэг - бутархай цэнэгтэй бөөмсүүд ба Гэсэн хэдий ч кваркууд чөлөөт төлөвт хараахан ажиглагдаагүй байна.

Лабораторийн нийтлэг туршилтанд а электрометр ( эсвэл электроскоп) - хэвтээ тэнхлэгийг тойрон эргэлдэж болох металл бариул ба заагчаас бүрдэх төхөөрөмж (Зураг 1.1.1). Сумны бариул нь төмөр биеэс тусгаарлагдсан байдаг. Цэнэглэгдсэн бие цахилгаан хэмжигч бариултай хүрэлцэх үед саваа болон заагч дээр ижил тэмдэгтэй цахилгаан цэнэгүүд тархдаг. Цахилгаан түлхэлтийн хүч нь зүүг тодорхой өнцгөөр эргүүлэхэд хүргэдэг бөгөөд үүгээрээ цахилгаан тоолуурын саваа руу шилжүүлсэн цэнэгийг шүүж болно.

Электрометр бол нэлээд бүдүүлэг хэрэгсэл юм; Энэ нь цэнэгийн харилцан үйлчлэлийн хүчийг судлах боломжийг олгодоггүй. Хөдөлгөөнгүй цэнэгийн харилцан үйлчлэлийн хуулийг анх удаа нээсэн Францын физикч 1785 онд Чарльз Кулон. Туршилтууддаа Кулон цэнэглэгдсэн бөмбөлгүүдийн таталцлын болон түлхэлтийн хүчийг өөрийн зохион бүтээсэн төхөөрөмж - мушгирах баланс (Зураг 1.1.2) ашиглан хэмжсэн бөгөөд энэ нь туйлын мэдрэмтгий байв. Жишээлбэл, тэнцвэрийн цацрагийг 10-9 Н дарааллын хүчний нөлөөн дор 1 ° эргүүлсэн.

Хэмжилт хийх санаа нь хэрэв цэнэглэгдсэн бөмбөгийг яг ижил цэнэггүй бөмбөгтэй шүргэх юм бол эхнийх нь цэнэгийг тэдгээрийн хооронд тэнцүү хуваана гэсэн Кулонбын гайхалтай таамаглал дээр үндэслэсэн юм. Ийнхүү бөмбөгний цэнэгийг хоёр, гурав гэх мэтээр өөрчлөх арга замыг зааж өгсөн. Кулоны туршилтаар хэмжээс нь тэдгээрийн хоорондох зайнаас хамаагүй бага байсан бөмбөг хоорондын харилцан үйлчлэлийг хэмжсэн. Ийм цэнэглэгдсэн биетүүдийг ихэвчлэн нэрлэдэг цэгийн төлбөр.

Цэгийн төлбөр Энэ асуудлын нөхцөлд хэмжээсийг үл тоомсорлож болох цэнэглэгдсэн бие гэж нэрлэдэг.

Олон тооны туршилтууд дээр үндэслэн Кулон дараахь хуулийг бий болгосон.

Хөдөлгөөнгүй цэнэгийн хоорондын харилцан үйлчлэлийн хүч нь цэнэгийн модулиудын бүтээгдэхүүнтэй шууд пропорциональ ба тэдгээрийн хоорондох зайны квадраттай урвуу пропорциональ байна.

Харилцааны хүчнүүд Ньютоны гурав дахь хуульд захирагддаг:

Цэнэгүүд нь ижил шинж тэмдэгтэй, татах хүчтэй үед тэдгээр нь түлхэх хүч юм өөр өөр шинж тэмдэг(Зураг 1.1.3). Хөдөлгөөнгүй цахилгаан цэнэгийн харилцан үйлчлэлийг гэнэ электростатик эсвэл Кулон харилцан үйлчлэл. Кулоны харилцан үйлчлэлийг судалдаг электродинамикийн салбарыг нэрлэдэг электростатик .

Цэгэн цэнэгтэй биетүүдэд Кулоны хууль хүчинтэй. Практикт цэнэглэгдсэн биетүүдийн хэмжээ нь тэдгээрийн хоорондох зайнаас хамаагүй бага байвал Кулоны хууль сайн хангагдсан байдаг.

Пропорциональ хүчин зүйл кКулоны хуульд нэгжийн системийн сонголтоос хамаарна. IN Олон улсын систем SI цэнэгийн нэгжийг авсан зүүлт(Cl).

зүүлт нь 1А-ийн гүйдлийн хүчээр дамжуулагчийн хөндлөн огтлолоор 1 секундын дотор дамждаг цэнэг юм. SI дахь гүйдлийн нэгж (Ампер) нь урт, цаг, массын нэгжийн хамт байна. үндсэн хэмжилтийн нэгж.

Коэффицент к SI системд үүнийг ихэвчлэн дараах байдлаар бичдэг.

Хаана - цахилгаан тогтмол .

SI системд энгийн цэнэг дтэнцүү:

Туршлагаас харахад хүчнүүд Кулоны харилцан үйлчлэлсуперпозиция зарчмыг дагаж мөрдөх:

Хэрэв цэнэглэгдсэн бие нь хэд хэдэн цэнэглэгдсэн биетэй нэгэн зэрэг харилцан үйлчилдэг бол тухайн биед үйлчлэх хүч нь бусад бүх цэнэглэгдсэн биетүүдээс энэ биед үйлчлэх хүчний векторын нийлбэртэй тэнцүү байна.

Цагаан будаа. 1.1.4-д гурван цэнэгтэй биеийн цахилгаан статик харилцан үйлчлэлийн жишээн дээр суперпозиция хийх зарчмыг тайлбарлав.

Суперпозиция зарчим бол байгалийн үндсэн хууль юм. Гэсэн хэдий ч түүний хэрэглээ нь зарим тохиолдолд болгоомжтой байхыг шаарддаг бид ярьж байнахязгаарлагдмал хэмжээтэй цэнэглэгдсэн биетүүдийн харилцан үйлчлэлийн тухай (жишээлбэл, хоёр дамжуулагч цэнэглэгдсэн бөмбөг 1 ба 2). Хэрэв гурав дахь цэнэглэгдсэн бөмбөгийг хоёр цэнэглэгдсэн бөмбөгний системд оруулбал 1 ба 2-ын харилцан үйлчлэл өөрчлөгдөнө. төлбөрийг дахин хуваарилах.

Хэзээ гэж суперпозицийн зарчимд заасан байдаг өгөгдсөн (тогтмол) цэнэгийн хуваарилалтбүх биед аль ч хоёр биетийн хоорондох цахилгаан статик харилцан үйлчлэлийн хүч нь бусад цэнэглэгдсэн биетүүдээс хамаардаггүй.

Хоёр цэгийн цэнэг бие биендээ тэдгээрийн хоорондох зайны квадраттай урвуу пропорциональ ба тэдгээрийн цэнэгийн үржвэртэй шууд пропорциональ хүчээр үйлчилдэг (цэнэгүүдийн тэмдгийг үл тоомсорлодог).

IN өөр өөр орчинжишээлбэл, агаар ба усанд хоёр цэгийн цэнэг өөр өөр хүчээр харилцан үйлчилдэг. Дунд зэргийн харьцангуй диэлектрик тогтмол нь энэ ялгааг тодорхойлдог. Энэ бол сайн мэддэг хүснэгтийн үнэ цэнэ юм. Агаарын хувьд.

k тогтмолыг дараах байдлаар тодорхойлно

Кулоны хүчний чиглэл

Ньютоны гуравдахь хуулийн дагуу ижил шинж чанартай хүчүүд хос хосоороо, хэмжээ нь тэнцүү, чиглэлийн эсрэгээр үүсдэг. Хоёр тэгш бус цэнэг харилцан үйлчилбэл том цэнэг нь жижгэвтэрт үйлчлэх хүч (B дээр A) нь жижиг нь томд (A дээр B) үйлчлэх хүчтэй тэнцүү байна.

Энэ нь сонирхолтой юм янз бүрийн хуульзарим физикчид байдаг нийтлэг шинж чанарууд. Таталцлын хуулийг санацгаая. Таталцлын хүч ч мөн адил зайны квадраттай урвуу хамааралтай боловч массын хооронд байх ба энэ зүй тогтолд гүн гүнзгий утга нуугдаж байна гэсэн бодол өөрийн эрхгүй төрнө. Өнөөг хүртэл таталцал ба цахилгаан хоёрыг нэг мөн чанарын хоёр өөр илрэл гэж хэн ч төсөөлж чадаагүй.

Энд байгаа хүч нь мөн зайны квадратаас урвуу хамааралтай боловч цахилгаан ба таталцлын хүчний зөрүү нь гайхалтай юм. Суулгах гэж оролдож байна ерөнхий шинж чанартаталцлын хүч ба цахилгааны хувьд бид цахилгаан хүчний таталцлын хүчнээс ийм давуу талыг олж мэдсэн тул хоёулаа ижил эх үүсвэртэй гэдэгт итгэхэд бэрх юм. Нэг нь нөгөөгөөсөө илүү хүчтэй гэж яаж хэлэх вэ? Эцсийн эцэст, бүх зүйл ямар масс, ямар цэнэгтэй байхаас хамаарна. Таталцал хэрхэн хүчтэй үйлчилдэг талаар ярилцахдаа "Ийм ийм хэмжээний масс авъя" гэж хэлэх эрхгүй, учир нь та үүнийг өөрөө сонгодог. Гэхдээ байгаль өөрөө бидэнд санал болгож буй зүйлийг авбал (түүний хувийн үнэ цэнэмөн бидний инч, жил, хэмжүүртэй ямар ч холбоогүй хэмжүүрүүд), тэгвэл бид харьцуулж болно. Бид электрон гэх мэт энгийн цэнэгтэй бөөмийг авдаг. Хоёр энгийн бөөмс, хоёр электрон нь цахилгаан цэнэгийн улмаас бие биенээ хоорондын зайн квадраттай урвуу пропорциональ хүчээр түлхэж, таталцлын нөлөөгөөр дахин бие биедээ 2-ын квадраттай урвуу пропорциональ хүчээр татагддаг. зай.

Асуулт: Таталцлын хүчийг хэдтэй харьцуулах вэ? цахилгаан хүч? Таталцал нь 42 тэгтэй тоонд нэг нь цахилгаан түлхэлт юм. Энэ нь хамгийн гүнзгий төөрөгдөл үүсгэдэг. Ийм асар их тоо хаанаас гарч болох вэ?

Хүмүүс энэ асар том коэффициентийг байгалийн бусад үзэгдлүүдээс хайдаг. Тэд бүх төрлийн замаар дамждаг том тоомөн танд хэрэгтэй бол их тоо, Орчлон ертөнцийн диаметрийг протоны диаметртэй харьцуулж яагаад авч болохгүй гэж - гайхалтай нь энэ нь бас 42 тэгтэй тоо юм. Тэгээд тэд хэлэхдээ: магадгүй энэ коэффициент харьцаатай тэнцүү байнапротоны диаметрийг ертөнцийн диаметртэй харьцуулах уу? Энэ бол сонирхолтой санаа боловч орчлон ертөнц аажмаар тэлэхийн хэрээр тэлэх ёстой таталцлын тогтмол. Хэдийгээр энэ таамаглалыг няцаагаагүй байгаа ч бидэнд үүнийг батлах ямар ч нотолгоо байхгүй байна. Үүний эсрэгээр таталцлын тогтмол нь ийм байдлаар өөрчлөгдөөгүй гэдгийг зарим нотолгоо харуулж байна. Энэ асар их тоо өнөөг хүртэл нууц хэвээр байна.

Кулоны хуульнь цэгийн цахилгаан цэнэгүүдийн хоорондын харилцан үйлчлэлийн хүчийг тодорхойлсон хууль юм.

Вакуум дахь хоёр цэгийн цэнэгийн харилцан үйлчлэлийн хүчний модуль нь эдгээр цэнэгийн модулийн үржвэртэй шууд пропорциональ бөгөөд тэдгээрийн хоорондох зайны квадраттай урвуу пропорциональ байна.

Үгүй бол: Хоёр цэгийн цэнэг орно вакуумЭдгээр цэнэгийн модулиудын үржвэртэй пропорциональ, тэдгээрийн хоорондох зайны квадраттай урвуу пропорциональ ба эдгээр цэнэгийг холбосон шулуун шугамын дагуу чиглэсэн хүчээр бие биедээ үйлчилнэ. Эдгээр хүчийг электростатик (Кулом) гэж нэрлэдэг.

Хууль үнэн зөв байхын тулд дараахь зүйлийг хийх шаардлагатай гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй.

цэгийн цэнэгүүд - өөрөөр хэлбэл цэнэглэгдсэн биетүүдийн хоорондох зай нь хэмжээнээсээ хамаагүй их байдаг - гэхдээ бөмбөрцөг тэгш хэмтэй огтлолцдоггүй орон зайн тархалттай эзэлхүүнээр тархсан хоёр цэнэгийн харилцан үйлчлэх хүч нь тэдгээрийн харилцан үйлчлэлийн хүчтэй тэнцүү болохыг баталж болно. хоёр тэнцүү цэгийн төлбөр, бөмбөрцөг тэгш хэмийн төвүүдэд байрладаг;

тэдний хөдөлгөөнгүй байдал. Үгүй бол нэмэлт нөлөөлөл хүчин төгөлдөр болно: соронзон оронхөдөлж буй цэнэг ба холбогдох нэмэлт Лоренцын хүч, өөр хөдөлж буй цэнэгээр ажиллах;

дахь харилцан үйлчлэл вакуум.

Гэсэн хэдий ч зарим зохицуулалтыг хийснээр энэ хууль нь зөөвөрлөгч дэх цэнэгийн харилцан үйлчлэл болон хөдөлж буй цэнэгийн хувьд хүчинтэй байна.

C. Coulomb-ийн томъёололд вектор хэлбэрээр хуулийг дараах байдлаар бичнэ.

1 цэнэг 2-т үйлчлэх хүч хаана байна; - төлбөрийн хэмжээ; - радиус вектор (1-р цэнэгээс 2-р цэнэг рүү чиглэсэн вектор ба үнэмлэхүй утгаараа цэнэгийн хоорондох зайтай тэнцүү - ); - пропорциональ байдлын коэффициент. Тиймээс, хууль нь цэнэгүүд шиг цэнэгүүдийг няцаах (мөн төлбөрөөс ялгаатай нь татах) гэдгийг харуулж байна.

IN SSSE хэмжих нэгжхураамжийг коэффициенттэй байхаар сонгосон кнэгтэй тэнцүү.

IN Олон улсын нэгжийн систем (SI)үндсэн нэгжүүдийн нэг нь нэгж юм хүч чадал цахилгаан гүйдэл ампер, мөн цэнэгийн нэгж нь байна зүүлт- үүний дериватив. Амперийн утгыг ийм байдлаар тодорхойлно к= c 2 10 −7 Гн/м = 8.9875517873681764 10 9 Нм 2 / Cl 2 (эсвэл Ф -1 м). SI коэффициент кгэж бичсэн байна:

Энд ≈ 8.854187817·10 −12 F/m - цахилгаан тогтмол.

Хууль

Кулоны хууль

Вакуум дахь хоёр цэгийн цэнэгийн харилцан үйлчлэлийн хүчний модуль нь эдгээр цэнэгийн модулийн үржвэртэй шууд пропорциональ бөгөөд тэдгээрийн хоорондох зайны квадраттай урвуу пропорциональ байна.

Үгүй бол: Хоёр цэгийн цэнэг орно вакуумЭдгээр цэнэгийн модулиудын үржвэртэй пропорциональ, тэдгээрийн хоорондох зайны квадраттай урвуу пропорциональ ба эдгээр цэнэгийг холбосон шулуун шугамын дагуу чиглэсэн хүчээр бие биедээ үйлчилнэ. Эдгээр хүчийг электростатик (Кулом) гэж нэрлэдэг.

тэдний хөдөлгөөнгүй байдал. Үгүй бол нэмэлт нөлөөлөл хүчин төгөлдөр болно: соронзон оронхөдөлж буй цэнэг ба холбогдох нэмэлт Лоренцын хүч, өөр хөдөлж буй цэнэгээр ажиллах;

дахь харилцан үйлчлэл вакуум.

1 цэнэг 2-т үйлчлэх хүч хаана байна; - төлбөрийн хэмжээ; - радиус вектор (1-р цэнэгээс 2-р цэнэг рүү чиглэсэн вектор ба үнэмлэхүй утгаараа цэнэгийн хоорондох зайтай тэнцүү - ); - пропорциональ байдлын коэффициент. Тиймээс, хууль нь цэнэгүүд шиг цэнэгүүдийг няцаах (мөн төлбөрөөс ялгаатай нь татах) гэдгийг харуулж байна.

IN SSSE хэмжих нэгжхураамжийг коэффициенттэй байхаар сонгосон кнэгтэй тэнцүү.

IN Олон улсын нэгжийн систем (SI)үндсэн нэгжүүдийн нэг нь нэгж юм цахилгаан гүйдлийн хүч ампер, мөн цэнэгийн нэгж нь байна зүүлт- үүний дериватив. Амперийн утгыг ийм байдлаар тодорхойлно к= c2·10−7 Гн/м = 8.9875517873681764 109 Нм2/ Cl 2 (эсвэл F−1 м). SI коэффициент кгэж бичсэн байна:

Энд ≈ 8.854187817·10−12 Ф/м - цахилгаан тогтмол.

Кулоны хууль нь:

Кулоны хуульнь цэгийн цахилгаан цэнэгүүдийн хоорондын харилцан үйлчлэлийн хүчийг тодорхойлсон хууль юм.

Үүнийг 1785 онд Чарльз Кулон нээсэн. Дараа нь их тооМеталл бөмбөлөгтэй хийсэн туршилтын үеэр Чарльз Кулон хуулийн дараах томъёоллыг гаргажээ.

Вакуум дахь хоёр цэгийн цэнэгийн харилцан үйлчлэлийн хүчний модуль нь эдгээр цэнэгийн модулийн үржвэртэй шууд пропорциональ ба тэдгээрийн хоорондох зайны квадраттай урвуу пропорциональ байна.

Үгүй бол: Вакуум дахь хоёр цэгийн цэнэг бие биендээ эдгээр цэнэгийн модулиудын үржвэртэй пропорциональ, тэдгээрийн хоорондох зайны квадраттай урвуу пропорциональ ба эдгээр цэнэгийг холбосон шулуун шугамын дагуу чиглэсэн хүчээр үйлчилнэ. Эдгээр хүчийг электростатик (Кулом) гэж нэрлэдэг.

Хууль үнэн зөв байхын тулд дараахь зүйлийг хийх шаардлагатай гэдгийг анхаарах нь чухал юм.

1. Цэгтэй төстэй цэнэгүүд - өөрөөр хэлбэл цэнэглэгдсэн биетүүдийн хоорондох зай нь хэмжээнээсээ хамаагүй их байдаг - гэхдээ бөмбөрцөг тэгш хэмтэй огтлолцдоггүй орон зайн тархалттай эзэлхүүнээр тархсан хоёр цэнэгийн харилцан үйлчлэлийн хүч нь бөмбөрцөг тэгш хэмийн төвд байрлах хоёр тэнцүү цэгийн цэнэгийн харилцан үйлчлэл;
2. тэдний хөдөлгөөнгүй байдал. Үгүй бол нэмэлт нөлөөлөл хүчин төгөлдөр болно: хөдөлж буй цэнэгийн соронзон орон ба өөр хөдөлж буй цэнэг дээр үйлчлэх Лоренцын нэмэлт хүч;
3. вакуум дахь харилцан үйлчлэл.

Гэсэн хэдий ч зарим зохицуулалтыг хийснээр энэ хууль нь зөөвөрлөгч дэх цэнэгийн харилцан үйлчлэл болон хөдөлж буй цэнэгийн хувьд хүчинтэй байна.

C. Coulomb-ийн томъёололд вектор хэлбэрээр хуулийг дараах байдлаар бичнэ.

1 цэнэг 2-т үйлчлэх хүч хаана байна; - төлбөрийн хэмжээ; - радиус вектор (1-р цэнэгээс 2-р цэнэг хүртэл чиглэсэн вектор ба үнэмлэхүй утгаараа цэнэгийн хоорондох зайтай тэнцүү); - пропорциональ байдлын коэффициент. Тиймээс, хууль нь цэнэгүүд шиг цэнэгүүдийг няцаах (мөн төлбөрөөс ялгаатай нь татах) гэдгийг харуулж байна.

Коэффицент к

SGSE-д цэнэгийн хэмжилтийн нэгжийг итгэлцүүр байхаар сонгосон кнэгтэй тэнцүү.

Олон улсын нэгжийн системд (SI) үндсэн нэгжүүдийн нэг нь цахилгаан гүйдлийн нэгж ампер бөгөөд цэнэгийн нэгж болох кулон нь түүний дериватив юм. Амперийн утгыг ийм байдлаар тодорхойлно к= c2·10-7 H/m = 8.9875517873681764·109 N·m2/Cl2 (эсвэл Ф−1·м). SI коэффициент кгэж бичсэн байна:

Энд ≈ 8.854187817·10−12 F/m нь цахилгаан тогтмол.

Нэг төрлийн изотроп бодист ε орчны харьцангуй диэлектрик тогтмолыг томъёоны хуваагч дээр нэмнэ.

Квант механик дахь Кулоны хууль

Квант механикийн хувьд Кулоны хуулийг хүчний тухай ойлголтыг ашиглан томъёолдоггүй сонгодог механик, гэхдээ Кулоны харилцан үйлчлэлийн боломжит энергийн тухай ойлголтыг ашиглан. Квантын механикт авч үзсэн систем нь цахилгаан цэнэгтэй бөөмсийг агуулсан тохиолдолд сонгодог механикт тооцсоноор Кулоны харилцан үйлчлэлийн боломжит энергийг илэрхийлсэн нэр томъёог системийн Гамильтоны оператор дээр нэмдэг.

Ийнхүү цөмийн цэнэгтэй атомын Гамильтон оператор Зхэлбэртэй байна:

Энд м- электрон масс, д- түүний төлбөр, - үнэмлэхүй үнэ цэнэрадиус вектор jр электрон, . Эхний нэр томъёо нь илэрхийлдэг кинетик энергиэлектронууд, хоёр дахь гишүүн нь электронуудын цөмтэй Кулоны харилцан үйлчлэлийн боломжит энерги, гурав дахь гишүүн нь электронуудын харилцан түлхэлтийн Кулоны потенциал энерги юм. Эхний болон хоёр дахь нөхцлийн нийлбэрийг бүх N электроноор гүйцэтгэнэ. Гурав дахь үед нийлбэр нь бүх хос электрон дээр явагдах бөгөөд хос бүр нэг удаа тохиолддог.

Квант электродинамикийн үүднээс Кулоны хууль

Квантын электродинамикийн дагуу цэнэгтэй бөөмсийн цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэл нь бөөмс хоорондын виртуал фотонуудын солилцоогоор явагддаг. Цаг хугацаа, энергийн тодорхойгүй байдлын зарчим нь тэдгээрийн ялгарах ба шингээлтийн хооронд виртуал фотон оршин тогтнох боломжийг олгодог. Цэнэглэгдсэн хэсгүүдийн хоорондох зай бага байх тусам виртуал фотонуудад энэ зайг даван туулахад бага хугацаа шаардагдах тул тодорхойгүй байдлын зарчмаар зөвшөөрөгдсөн виртуал фотонуудын энерги их байх болно. Цэнэгүүдийн хоорондох бага зайд тодорхойгүй байдлын зарчим нь урт ба богино долгионы фотонуудын солилцоог зөвшөөрдөг. хол зайдЗөвхөн урт долгионы фотонууд солилцоонд оролцдог. Тиймээс квант электродинамикийг ашиглан Кулоны хуулийг гаргаж болно.

Өгүүллэг

Г.В.Ричман анх удаа 1752-1753 онд цахилгаан цэнэгтэй биетүүдийн харилцан үйлчлэлийн хуулийг туршилтаар судлахыг санал болгов. Тэрээр энэ зорилгоор өөрийн зохион бүтээсэн "заагч" цахилгаан хэмжигчийг ашиглахаар төлөвлөжээ. Энэ төлөвлөгөөг хэрэгжүүлэхэд Ричманы эмгэнэлт үхэл саад болсон.

1759 онд Ричманы нас барсны дараа түүний суудлыг авсан Санкт-Петербургийн Шинжлэх ухааны академийн физикийн профессор Ф.Эпинус анх удаа цэнэгүүд зайны квадраттай урвуу харьцаатай харилцан үйлчлэлцэх ёстой гэсэн санааг дэвшүүлжээ. 1760 онд гарч ирэв богино мессежгэж Базель дахь Д.Бернулли байгуулсан квадрат хуультүүний зохион бүтээсэн электрометр ашиглан. 1767 онд Пристли "Цахилгааны түүх" номондоо Франклин цэнэглэгдсэн металл бөмбөлөг дотор цахилгаан орон байхгүйг нээсэн нь ийм утгатай байж болохыг тэмдэглэжээ. "цахилгаан таталцал нь таталцлынхтай яг ижил хуулийг, өөрөөр хэлбэл зайны квадратыг дагадаг". Шотландын физикч Жон Робисон (1822) 1769 онд ижил цахилгаан цэнэгтэй бөмбөлгүүд нь тэдгээрийн хоорондох зайн квадраттай урвуу пропорциональ хүчээр түлхэгддэг болохыг олж мэдсэн бөгөөд ингэснээр Кулоны хуулийг (1785) нээнэ гэж таамаглаж байсан.

Кулоноос 11 жилийн өмнө буюу 1771 онд цэнэгийн харилцан үйлчлэлийн хуулийг Г.Кавендиш туршилтаар нээсэн боловч үр дүн нь хэвлэгдээгүй бөгөөд удаан хугацаагаар(100 гаруй жил) тодорхойгүй хэвээр байв. Кавендишийн гар бичмэлүүдийг зөвхөн 1874 онд Д.С.Максвеллд өгсөн. их нээлтКавендиш лаборатори болон 1879 онд хэвлэгдсэн.

Кулон өөрөө утаснуудын мушгиралтыг судалж, мушгирах тэнцвэрийг зохион бүтээжээ. Цэнэглэгдсэн бөмбөлгүүдийн харилцан үйлчлэлийн хүчийг хэмжихэд ашиглах замаар тэрээр хуулиа нээсэн.

Кулоны хууль, суперпозиция зарчим, Максвеллийн тэгшитгэл

Кулоны хууль ба цахилгаан талбайн суперпозиция зарчим нь Максвеллийн электростатикийн тэгшитгэлтэй бүрэн тэнцүү байна. Өөрөөр хэлбэл, Максвеллийн цахилгаан статикийн тэгшитгэлүүд хангагдсан тохиолдолд Кулоны хууль ба цахилгаан талбайн суперпозиция зарчим биелэгдэнэ, харин эсрэгээр, зөвхөн Кулоны хууль болон цахилгаан талбайн суперпозиция зарчим хангагдсан тохиолдолд л биелэгдэнэ.

Кулоны хуулийн нарийвчлалын зэрэг

Кулоны хууль бол туршилтаар батлагдсан баримт юм. Үүний хүчинтэй байдал нь улам бүр үнэн зөв туршилтаар дахин дахин нотлогдсон. Ийм туршилтын нэг чиглэл бол экспонент ялгаатай эсэхийг шалгах явдал юм rхуульд 2-аас 2. Энэ ялгааг олохын тулд бид хүч нь яг хоёртой тэнцүү бол хөндий ба дамжуулагчийн хэлбэрээс үл хамааран дамжуулагчийн хөндийн дотор талбар байхгүй гэдгийг ашигладаг.

1971 онд АНУ-д Э.Р.Уильямс, Д.Э.Воллер, Г.А.Хилл нарын хийсэн туршилтууд нь Кулоны хуулийн экспонент нь 2-ын дотортой тэнцүү болохыг харуулсан.

Атомын доторх зайд Кулоны хуулийн үнэн зөвийг шалгахын тулд 1947 онд В.Ю.Ламб, Р.Рутерфорд нар устөрөгчийн энергийн түвшний харьцангуй байрлалын хэмжилтийг ашигласан. Атомын 10−8 см-ийн зайд ч гэсэн Кулоны хууль дахь илтгэгч 2-оос 10−9-ээс ихгүй ялгаатай болохыг олж мэдэв.

Кулоны хуулийн коэффициент 15·10−6 нарийвчлалтайгаар тогтмол хэвээр байна.

Квант электродинамик дахь Кулоны хуульд оруулсан нэмэлт өөрчлөлт

Богино зайд (Комптоны электрон долгионы уртын дарааллаар, ≈3.86·10−13 м, электрон масс нь Планкийн тогтмол, гэрлийн хурд) квант электродинамикийн шугаман бус нөлөөлөл чухал болж байна: солилцоо. Виртуал фотонууд нь виртуал электрон-позитрон (мөн мюон-антимуон ба таон-антитон) хосуудын үүсэлт дээр суурилагдсан бөгөөд скринингийн нөлөө багасдаг (дахин хэвийн болгохыг үзнэ үү). Хоёр нөлөөлөл нь цэнэгийн харилцан үйлчлэлийн боломжит энергийн илэрхийлэлд экспоненциал буурч буй захиалгын нөхцлүүд гарч ирэхэд хүргэдэг бөгөөд үүний үр дүнд Кулоны хуулиар тооцоолсонтой харьцуулахад харилцан үйлчлэлийн хүч нэмэгддэг. Жишээлбэл, нэгдүгээр зэргийн цацрагийн залруулгад тооцсон SGS систем дэх цэгийн цэнэгийн потенциалын илэрхийлэл нь дараах хэлбэртэй байна.

электроны Комптон долгионы урт нь тогтмол байна нарийн бүтэцТэгээд. W бозоны масс нь ~ 10−18 м-ийн зайд цахилгаан сул эффект гарч ирдэг.

Хүчтэй гадна талд цахилгаан соронзон орон, вакуум задралын талбайн мэдэгдэхүйц хэсгийг бүрдүүлдэг (~1018 В/м эсвэл ~109 Тесла дарааллаар ийм талбайнууд ажиглагдаж байна, жишээлбэл, зарим төрлийн нейтрон оддын ойролцоо, тухайлбал магнетарууд) Кулоны хуулийг мөн зөрчиж байна. Делбрюк хүртэл солигдсон фотонуудын фотон дээр тархсан байдал гадаад талбарболон бусад, илүү төвөгтэй шугаман бус нөлөө. Энэ үзэгдэл буурч байна Кулоны хүчЗөвхөн микро төдийгүй макро масштаб дээр, ялангуяа хүчтэй соронзон орны хувьд Кулоны потенциал нь зайтай урвуу хамааралтай биш харин экспоненциалаар буурдаг.

Кулоны хууль ба вакуум туйлшрал

Квантын электродинамик дахь вакуум туйлшралын үзэгдэл нь виртуал электрон-позитрон хос үүсэхээс бүрддэг. Электрон-позитрон хосын үүл нь электроны цахилгаан цэнэгийг дэлгэцэнд гаргадаг. Скрининг нь электроноос холдох тусам нэмэгддэг тул электроны үр дүнтэй цахилгаан цэнэг нь зайны бууралтын функц юм. Цахилгаан цэнэгтэй электрон үүсгэсэн үр дүнтэй потенциалыг хэлбэрийн хамаарлаар тодорхойлж болно. Үр дүнтэй цэнэг нь логарифмын хуулийн дагуу зайнаас хамаарна.

Т.н. нарийн бүтцийн тогтмол ≈7.3·10−3;

Т.н. сонгодог радиусэлектрон ≈2.8·10−13 см..

Жулин эффект

Хазайх үзэгдэл электростатик потенциалКулоны хуулийн утгаас вакуум дахь цэгийн цэнэгийг Жухлингийн эффект гэж нэрлэдэг бөгөөд энэ нь устөрөгчийн атомын хувьд Кулоны хуулиас хазайлтыг анх тооцоолсон юм. Uehling эффект нь Хурганы шилжилтийн 27 МГц-ийн залруулга өгдөг.

Кулоны хууль ба хэт хүнд цөм

Ойролцоох хүчтэй цахилгаан соронзон оронд хэт хүнд цөмцэнэглэх үед ердийнхтэй адил вакуумын бүтцийн өөрчлөлтийг хийдэг фазын шилжилт. Энэ нь Кулоны хуульд нэмэлт, өөрчлөлт оруулахад хүргэдэг

Шинжлэх ухааны түүхэн дэх Кулоны хуулийн ач холбогдол

Кулоны хууль бол математик хэлээр томъёолсон анхны нээлттэй тоон хууль юм цахилгаан соронзон үзэгдлүүд. Орчин үеийн цахилгаан соронзон судлалын шинжлэх ухаан нь Кулоны хуулийг нээсэн үеэс эхэлсэн.

Мөн үзнэ үү

• Цахилгаан орон
• Холын зай
• Био-Саварт-Лапласын хууль
• Таталцлын хууль
• Унжлагат, Чарльз Августин де
• зүүлт (хэмжих нэгж)
• Суперпозиция зарчим
• Максвеллийн тэгшитгэл

Холбоосууд

• Кулоны хууль (видео хичээл, 10-р ангийн хөтөлбөр)

Тэмдэглэл

1. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Онолын физик: Сурах бичиг. гарын авлага: Их дээд сургуулиудад зориулсан. 10 ботид T. 2 Талбайн онол. - 8 дахь хэвлэл, хэвшмэл. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001. - 536 х. - ISBN 5-9221-0056-4 (2-р боть), Ч. 5 Тогтмол цахилгаан соронзон орон, 38-р зүйл жигд хөдөлж буй цэнэгийн талбар, 132-р тал
2. Ландау L. D., Lifshits E. M. Онолын физик: Сурах бичиг. гарын авлага: Их дээд сургуулиудад зориулсан. 10 ботид T. 3. Квант механик (харьцангуй бус онол). - 5-р хэвлэл, хэвшмэл. - М.: Физматлит, 2002. - 808 х. - ISBN 5-9221-0057-2 (3-р боть), ch. 3 Schrödinger equation, p 17 Schrödinger equation, p. 74
3. G. Бете Квантын механик. - нэг. англи хэлнээс, ed. В.Л.Бонч-Бруевич, “Мир”, М., 1965, 1-р хэсэг Атомын бүтцийн онол, Ч. 1 Шредингерийн тэгшитгэл ба түүнийг шийдвэрлэх ойролцоо арга, х. 11
4. R. E. Peierls Байгалийн хуулиуд. эгнээ англи хэлнээс засварласан проф. I. M. Халатникова, Улсын Физик-математикийн уран зохиолын хэвлэлийн газар, М., 1959, галерей. 20000 хувь, 339 х., Ч. 9 "Электронууд өндөр хурдтай", х. "Өндөр хурдтай хүч. Бусад хүндрэлүүд", х. 263
5. Л.Б.Окун... z Энгийн бөөмсийн физикийн анхан шатны танилцуулга, М., Наука, 1985, Номын сан “Квант”, боть. 45, х. Виртуал бөөмс", хамт. 57.
6. Novi Comm. Акад. Sc. Имп. Petropolitanae, v. IV, 1758, х. 301.
7. Epinus F.T.U.Цахилгаан ба соронзонгийн онол. - Л.: ЗХУ-ын ШУА, 1951. - 564 х. - (Шинжлэх ухааны сонгодог). - 3000 хувь.
8. Абел Социн (1760) Acta Helvetica, боть. 4, хуудас 224-225.
9. Ж.Престли. Түүханхны туршилтаар цахилгааны өнөөгийн байдал. Лондон, 1767, х. 732.
10. Жон Робисон Механик философийн систем(Лондон, Англи: Жон Мюррей, 1822), боть. 4. 68-р хуудсанд Робисон 1769 онд бөмбөрцгүүдийн хооронд үйлчлэх хүчний хэмжилтээ нийтлэв. тэнцүү цэнэг, мөн түүнчлэн Апинус, Кавендиш, Кулон нарын нэрийг дурдаж, энэ чиглэлээр хийсэн судалгааны түүхийг тайлбарлав. 73-р хуудсанд зохиогч хүч нь өөрчлөгддөг гэж бичжээ x−2,06.
11. С.Р.Филонович “Кавендиш, Кулон ба электростатик”, М., “Мэдлэг”, 1988, BBK 22.33 F53, ch. "Хуулийн хувь заяа", х. 48
12. Р.Фейнман, Р.Лэйтон, М.Сэндс, Фейнман Физикийн лекцүүд, боть. 5, "Цахилгаан ба соронзон", орчуулга. англи хэлнээс, ed. Я.А.Смородинский, ред. 3, М., Редакцийн URSS, 2004, ISBN 5-354-00703-8 (Цахилгаан ба соронзон), ISBN 5-354-00698-8 ( Бүрэн ажил), ch. 4 "Электростатик", 1-р зүйл "Статик", х. 70-71;
13. Р.Фейнман, Р.Лэйтон, М.Сэндс, Фейнман Физикийн лекцүүд, боть. 5, "Цахилгаан ба соронзон", орчуулга. англи хэлнээс, ed. Я.А.Смородинский, ред. 3, М., Редакцийн URSS, 2004, ISBN 5-354-00703-8 (Цахилгаан ба соронзон), ISBN 5-354-00698-8 (Бүрэн ажил), ch. 5 "Гауссын хуулийг хэрэглэх нь", 10-р зүйл "Дамжуулагчийн хөндийн доторх талбар", х. 106-108;
14. Э.Р.Уильямс, Ж.Э.Фаллер, Х.А.Хилл "Куломын хуулийн шинэ туршилт: Фотоны амрах массын лабораторийн дээд хязгаар", Физик. Илч. Летт. 26, 721-724 (1971);
15. W. E. Lamb, R. C. RetherfordБогино долгионы аргаар устөрөгчийн атомын нарийн бүтэц (Англи хэл) // Физик тойм. - T. 72. - No 3. - P. 241-243.
16. 1 2 Р.Фейнман, Р.Лэйтон, М.Сэндс, Фейнман Физикийн лекцүүд, боть. 5, "Цахилгаан ба соронзон", орчуулга. англи хэлнээс, ed. Я.А.Смородинский, ред. 3, М., Редакцийн URSS, 2004, ISBN 5-354-00703-8 (Цахилгаан ба соронзон), ISBN 5-354-00698-8 (Бүрэн ажил), ch. 5 "Гауссын хуулийг хэрэглэх нь", 8-р зүйл "Куломын хууль үнэн зөв үү?", х. 103;
17. CODATA (Шинжлэх ухаан, технологийн мэдээллийн хороо)
18. Берестецкий, В.Б., Лифшиц, Е.М., Питаевский, Л.П.Квант электродинамик. - 3 дахь хэвлэл, шинэчилсэн. - М.: Наука, 1989. - P. 565-567. - 720 секунд. - (“Онолын физик”, IV боть). - ISBN 5-02-014422-3
19. Неда СадоогиХүчтэй соронзон орон дахь QED-ийн өөрчлөгдсөн Кулоны потенциал (Англи).
20. Okun L. B. "Элементар бөөмсийн физик", ред. 3-р, М., “Редакцийн URSS”, 2005, ISBN 5-354-01085-3, BBK 22.382 22.315 22.3o, ch. 2 “Таталцал. Электродинамик", "Вакуум туйлшрал", х. 26-27;
21. “Бичил ертөнцийн физик”, Ch. ed. Д.В.Ширков, М., " Зөвлөлтийн нэвтэрхий толь бичиг", 1980, 528 х., өвчтэй, 530.1(03), F50, урлаг. "Үр дүнтэй цэнэг", зохиогч. Урлаг. Д.В.Ширков, 496-р тал;
22. Яворский B. M. "Инженерүүд болон их сургуулийн оюутнуудад зориулсан физикийн гарын авлага" / B. M. Yavorsky, A. A. Detlaf, A. K. Лебедев, 8-р хэвлэл, шинэчилсэн найруулга. ба илтгэл, М.: Оникс хэвлэлийн газар ХХК, Мир ба Боловсрол хэвлэлийн газар ХХК, 2006, 1056 х.: ил., ISBN 5-488-00330-4 (Оникс хэвлэлийн газар ХХК), ISBN 5-94666 -260- 0 (Publishing House Mir and Education LLC), ISBN 985-13-5975-0 (Harvest LLC), UDC 530 (035) BBK 22.3, Ya22, “Applications”, “Fundamental физик тогтмолууд”, хамт . 1008;
23. Uehling E.A., Физик. Илч., 48, 55, (1935)
24. “Мезон ба талбайнууд” S. Schweber, G. Bethe, F. Hoffmann 1-р боть Талбарууд ch. 5 Дирак тэгшитгэлийн шинж чанарууд, догол мөр 2. Улсууд сөрөг энергив. 56, бүлэг. 21 Дахин хэвийн болгох, 5-р зүйл 336-аас вакуум туйлшрал
25. А.Б.Мигдал “Вакуум дахь туйлшрал хүчтэй талбайнуудба пионы конденсаци", "Дэвшилтүүд физикийн шинжлэх ухаан", т. 123, v. 3, 1977, 11-р сар, х. 369-403;
26. Спиридонов О.П.“Бүх нийтийн физик тогтмолууд”, М., “Гэгээрэл”, 1984, х. 52-53;

Уран зохиол

1. Филонович S. R. Хувь тавилан сонгодог хууль. - М., Наука, 1990. - 240 х., ISBN 5-02-014087-2 (Квант номын сан, дугаар 79), лавлагаа. 70500 хувь

• Физик хуулиуд
• Электростатик

Кулоны хууль

Кулоны хууль- хоёр тасаршгүй цэгийн цэнэгийн харилцан үйлчлэлийн хэмжээ ба шууд хүчийг тодорхойлдог электростатикийн үндсэн хуулиудын нэг. Энэ хуулийг анх 1773 онд Хенри Кавендиш туршилтаар хангалттай нарийвчлалтайгаар тогтоожээ. Тэрээр үр дүнгээ нийтэлэлгүйгээр бөмбөрцөг конденсаторын аргыг боловсруулсан. 1785 онд уг хуулийг Чарльз Куломб тусгай мушгих хязгаарлалтын тусламжтайгаар байгуулжээ.

Визначення

вектор хэлбэрийн хувьд:

F 12 = k ⋅ q 1 ⋅ q 2 r 12 3 r 12 (\displaystyle \mathbf (F_(12)) =k\cdot (\frac (q_(1)\cdot q_(2))(r_(12)) ^(3)))\mathbf (r_(12)) ,

Харилцан үйлчлэлийн хүч нь цэнэгүүдийн хоорондох ижил чиглэлд чиглэгддэг бөгөөд үүгээрээ ижил төстэй цэнэгүүд бие биенээ татдаг бөгөөд Кулоны хуулиар тодорхойлогддог хүчнүүд нэмэлт юм.

Хуулийг боловсруулахын тулд дараахь сэтгэлгээг ариусгах шаардлагатай.

1. Цэнэглэгдсэн биетүүдийн хоорондох цэнэгийн нарийвчлал нь биеийн хэмжээнээс хамааран илүү их байж болно.
2. Хагаршгүй цэнэгүүд. Удаан үргэлжилсэн тохиолдолд нурж буй цэнэгт соронзон орон нэмэх шаардлагатай.
3. Хууль нь вакуум дахь төлбөрт зориулагдсан болно.

Электростатик болсон

Пропорциональ хүчин зүйл кҮүнийг цахилгаан статик ган гэж нэрлэдэг. устах нэгжийн сонголт худал Vіn. Тиймээс олон улсын систем нь нэгжтэй (SI)

K = 1 4 π ε 0 ≈ (\displaystyle k=(\frac (1)(4\pi \varepsilon _(0)))\ойролцоогоор ) 8.987742438 109 Н м2 Cl-2,

de ε 0 (\displaystyle \varepsilon _(0)) - цахилгаан болсон. Кулоны хууль дараах байдалтай байна.

F 12 = 1 4 π ε 0 q 1 q 2 r 12 3 r 12 (\displaystyle \mathbf (F) _(12)=(\frac (1)(4\pi \varepsilon _(0))))(\ frac (q_(1)q_(2))(r_(12)^(3)))\mathbf (r) _(12)) .

Сүүлийн гурван жилийн хугацаанд зарим өөрчлөлтийн гол систем нь GHS систем байв. GHS системийн нэг төрөл болох Гауссын нэгжийн системийн үндсэн дээр маш олон сонгодог физик уран зохиол бичигдсэн байдаг. Түүний цэнэгийн нэгжийг ийм байдлаар зохион байгуулдаг к=1 ба Кулоны хууль дараах хэлбэртэй байна.

F 12 = q 1 q 2 r 12 3 r 12 (\displaystyle \mathbf (F)_(12)=(\frac (q_(1)q_(2))((r)_(12)^(3) ))\mathbf (r) _(12)) .

Кулоны хуулийн ижил төстэй хэлбэр нь атомын физикт квант химийн урвалд ашиглагддаг атомын системд байж болно.

Дунд нь Кулоны хууль

Дунд хэсэгт цэнэгийн харилцан үйлчлэлийн хүч туйлшралын үр дүнд өөрчлөгддөг. Нэг төрлийн изотроп орчны хувьд энэ орчны пропорциональ утгын шинж чанарт өөрчлөлт гардаг бөгөөд үүнийг диэлектрик ган эсвэл диэлектрик нэвтрэлт гэж нэрлэдэг ба ε (\displaystyle \varepsilon) гэж нэрлэдэг. CI систем дэх Кулоны хүч иймэрхүү харагдаж байна

F 12 = 1 4 π ε ε 0 q 1 q 2 r 12 3 r 12 (\displaystyle \mathbf (F) _(12)=(\frac (1)(4\pi \varepsilon \varepsilon _(0)) )(\frac (q_(1)q_(2))(r_(12)^(3)))\mathbf (r) _(12)) .

Диэлектрик нь нэгтэй маш ойрхон болсон тул энэ тохиолдолд вакуумын томъёог хангалттай нарийвчлалтайгаар тодорхойлж болно.

Нээлтийн түүх

Цахилгаанжуулсан биетүүдийн хоорондын харилцан үйлчлэл нь хүнд талбайн квадраттай ижил пропорциональ хуулинд захирагддаг гэсэн таамаглалыг 18-р зууны дунд үед үр удам нь олон удаа тодорхойлсон. 1770-аад оны эхээр Генри Кавендиш туршилтаар нээсэн боловч үр дүнгээ нийтлээгүй бөгөөд зөвхөн 19-р зууны төгсгөлд л мэдэгдэв. миний архив хэвлэгдсэний дараа. Чарльз Кулон 1785 оны хуулийг Францын Шинжлэх Ухааны Академид гардуулсан хоёр дурсамж номондоо нийтэлжээ. 1835 онд Карл Гаус Кулоны хуулийн үндсэн дээр гаргасан Гаусын теоремыг нийтлэв. Гаусын теоремийн дагуу Кулоны хууль нь электродинамикийн үндсэн зарчимд багтдаг.

Хуулиа буцаах

Кавендишийн аргыг ашиглан хийсэн хуурай газрын оюун ухаанд хийсэн туршилтын макроскопийн хувьд rКулоны хуульд 6·10−16-аас илүү 2-ыг хуваах боломжгүй. Альфа бөөмсийн тархалтын туршилтаас харахад 10−14 м хүртэлх зайд Кулоны хууль зөрчигддөггүй нь харагдаж байна. Нөгөө талаас, ийм зайд цэнэглэгдсэн бөөмсийн харилцан үйлчлэлийг дүрслэхийн тулд энэ нь ямар утгатай болохыг ойлгох болно. хууль томъёолсон (хүч гэдэг ойлголт нь ня), мэдрэмжтэй зарцуулах . Энэхүү өргөн цар хүрээтэй газар нь квант механикийн хуулиудтай байдаг.

Кулоны хуулийг квант электродинамикийн өв залгамжлалын нэг болгон ашиглаж болох бөгөөд үүний хүрээнд цэнэглэх давтамжуудын харилцан үйлчлэл нь виртуал фотонуудын солилцоог хамардаг. Үүний үр дүнд квант электродинамикийн зарчмуудыг турших туршилтуудын дараа Кулоны хуулийг туршиж үзэх боломжтой. Тиймээс электрон ба позитроныг устгах туршилтууд нь квант электродинамикийн хуулиуд 10−18 м-ийн зайд хамаарахгүй болохыг харуулж байна.

Див. бас

• Гаусын теорем
• Лоренцын хүч

Жерела

• Гончаренко С.У.Физик: Үндсэн хууль, томьёо.. - К.: Либид, 1996. - 47 х.
• Кучерук И. М., Горбачук И. Т., Луцик П.П.Цахилгаан ба соронзон // Загалын физикийн курс. - К.: Техника, 2006. - T. 2. - 456 х.
• Фриш С.Е., Тиморева А.В.Цахилгаан ба цахилгаан соронзон хайрцаг // Дэлхийн физикийн курс. - К.: Радянская сургууль, 1953. - T. 2. - 496 х.
• Физик нэвтэрхий толь бичиг / Ed. A. M. Прохорова. - М .: Зөвлөлтийн нэвтэрхий толь бичиг, 1990. - T. 2. - 703 х.
• Сивухин Д.В.Цахилгаан эрчим хүч // Ерөнхий курсфизик. - М.: Физматлит, 2009. - T. 3. - 656 х.

Тэмдэглэл

1. А б Хуурай цэнэгүүдийн урсац нь гэрлийнхээс хамаагүй бага байдаг тул Кулоны хуулийг нягт хэрэглэж болно.
2. А б Y -- Coulomb (1785a) "Premier memoire sur l'électricité et le magnétisme," , хуудас 569-577 -- зүүлт нь сүлжмэл эсвэл ижил цэнэгүүдийг суурилуулахад ашигласан:
   

   Хуудас 574: Il résulte donc де ces trois essais, Que л "үйл ажиллагааны répulsive Que Les deux balles électrifées де ла même байгаль d"électricité exercent л"Une Sur l"autre, костюм ла raison урвуу ду Carré DES зай.

   Орчуулга: Мөн эдгээр гурван дүгнэлтээс харахад ижил шинж чанартай цахилгаанаар цэнэглэгдсэн хоёр цахилгаанжуулсан ороомгийн хоорондох хүч нь зайны квадрат хүртэлх хязгаарлагдмал пропорционалийн хуулийг дагаж мөрддөг.

   Y -- Coulomb (1785b) "Second memoire sur l'électricité et le magnétisme," Royale des Sciences академийн түүх, хуудас 578-611. - Зэргэлдээ цэнэгтэй биетүүд пропорциональ харьцаанаас болж хүчээр татагддагийг зүүлт харуулсан.

3. Олон улсын системд цахилгаан цэнэг биш, харин цахилгаан гүйдлийн амперын нэгжийг үндсэн нэгж гэж үздэг бөгөөд электродинамикийн үндсэн түвшинг 4 π үржүүлэгчгүйгээр бичдэгтэй холбоотой ийм тодорхой нийлмэл үндэслэлийн томьёог сонгосон. (\displaystyle 4 \pi ) .

Кулоны хууль

Ирина Рудерфер

Кулоны хууль бол цэгийн цахилгаан цэнэгийн харилцан үйлчлэлийн тухай хууль юм.

Үүнийг 1785 онд Кулон нээсэн. Металл бөмбөлөгтэй олон тооны туршилт хийсний дараа Чарльз Кулон хуулийн дараах томъёоллыг өгсөн.

Вакуум дахь хоёр цэгийн суурин цэнэгтэй биетүүдийн харилцан үйлчлэлийн хүч нь цэнэгийг холбосон шулуун шугамын дагуу чиглүүлж, цэнэгийн модулийн бүтээгдэхүүнтэй шууд пропорциональ бөгөөд тэдгээрийн хоорондох зайны квадраттай урвуу пропорциональ байна.
Хууль үнэн зөв байхын тулд дараахь зүйлийг хийх шаардлагатай гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй.
1. цэнэгийн цэгийн шинж чанар - өөрөөр хэлбэл цэнэглэгдсэн биетүүдийн хоорондох зай нь тэдгээрийн хэмжээнээс хамаагүй их байдаг.
2.тэдний хөдөлгөөнгүй байдал. Үгүй бол нэмэлт нөлөөллийг анхаарч үзэх хэрэгтэй: хөдөлж буй цэнэгийн соронзон орон ба өөр хөдөлж буй цэнэг дээр үйлчлэх Лоренцын нэмэлт хүч.
3.вакуум дахь харилцан үйлчлэл.
Гэсэн хэдий ч зарим зохицуулалтыг хийснээр энэ хууль нь зөөвөрлөгч дэх цэнэгийн харилцан үйлчлэл болон хөдөлж буй цэнэгийн хувьд хүчинтэй байна.

C. Coulomb-ийн томъёололд вектор хэлбэрээр хуулийг дараах байдлаар бичнэ.

Энд F1,2 нь 2 цэнэг дээр 1 цэнэг үйлчлэх хүч; q1,q2 - цэнэгийн хэмжээ; - радиус вектор (1-р цэнэгээс 2-р цэнэг хүртэл чиглэсэн вектор ба үнэмлэхүй утгаараа цэнэгийн хоорондох зайтай тэнцүү - r12); k - пропорциональ байдлын коэффициент. Тиймээс, хууль нь цэнэгүүд шиг цэнэгүүдийг няцаах (мөн төлбөрөөс ялгаатай нь татах) гэдгийг харуулж байна.

Үр тарианы эсрэг индүүдэж болохгүй!

Хэдэн мянган жилийн турш цахилгаан байдгийг мэддэг хүмүүс зөвхөн 18-р зуунд үүнийг шинжлэх ухааны үүднээс судалж эхэлсэн. (Энэ асуудлыг шийдэж байсан тэр үеийн эрдэмтэд цахилгааныг физикээс тусдаа шинжлэх ухаан гэж тодорхойлж, өөрсдийгөө "цахилгаанчин" гэж нэрлэсэн нь сонирхолтой юм.) Цахилгаан эрчим хүчний тэргүүлэх анхдагчдын нэг бол Чарльз Августин де Кулон юм. Төрөл бүрийн электростатик цэнэг агуулсан биетүүдийн харилцан үйлчлэлийн хүчийг сайтар судалж үзээд тэрээр одоо өөрийн нэрээр нэрлэгдсэн хуулийг боловсруулсан. Үндсэндээ тэрээр туршилтаа дараах байдлаар хийсэн: янз бүрийн цахилгаан статик цэнэгийг хамгийн нимгэн утаснуудад дүүжлэгдсэн хоёр жижиг бөмбөлөг рүү шилжүүлсний дараа бөмбөлгүүдтэй суспензүүд ойртож байв. Тэд хангалттай ойртоход бөмбөлгүүд бие биедээ татагдаж (цахилгаан цэнэгийн эсрэг туйлтай) эсвэл түлхэгдэж эхлэв (нэг туйлт цэнэгийн хувьд). Үүний үр дүнд утаснууд нь босоо тэнхлэгээс нэлээд том өнцгөөр хазайсан бөгөөд энэ үед цахилгаан статик таталцлын эсвэл түлхэлтийн хүчийг хүч тэнцвэржүүлдэг. хүндийн хүч. Кулон хазайлтын өнцгийг хэмжиж, бөмбөлгүүдийн масс ба суспензийн уртыг мэдсэнийхээ дараа бөмбөлгүүдийн өөр өөр зайд цахилгаан статик харилцан үйлчлэлийн хүчийг тооцоолж, эдгээр өгөгдөл дээр үндэслэн эмпирик томъёог гаргажээ.

Энд Q ба q нь цахилгаан статик цэнэгийн хэмжээ, D нь тэдгээрийн хоорондох зай, k нь туршилтаар тодорхойлсон Кулоны тогтмол юм.

Хоёрыг нэн даруй тэмдэглэе сонирхолтой мөчүүдКулоны хуульд. Нэгдүгээрт, өөрийнхөөрөө математик хэлбэртэр хуулийг давтан хэлдэг бүх нийтийн таталцалНьютон, хэрэв бид массыг цэнэгээр, Ньютоны тогтмолыг Кулоны тогтмолоор солих юм бол. Мөн энэ ижил төстэй байдлын бүх шалтгаан бий. Орчин үеийн дагуу квант онолцахилгаан ба таталцлын талбаруудФизик биетүүд бие биетэйгээ амрах массгүй энгийн энерги зөөгч бөөмс - фотон эсвэл гравитонуудыг солилцох үед үүсдэг. Ийнхүү таталцал ба цахилгааны шинж чанарын илэрхий ялгаатай хэдий ч эдгээр хоёр хүч нь нийтлэг зүйлтэй байдаг.

Хоёрдугаарт чухал тэмдэглэлКулоны тогтмолд хамаарна. Шотландын онолын физикч Жеймс Клерк Максвелл Максвеллийн тэгшитгэлийн системийг гаргаж авах үед ерөнхий тайлбарцахилгаан соронзон орон, Кулоны тогтмол нь гэрлийн хурдтай шууд холбоотой болох нь тогтоогдсон c. Эцэст нь Альберт Эйнштейн харьцангуйн онолын хүрээнд c нь дэлхийн суурь тогтмолын үүрэг гүйцэтгэдэг болохыг харуулсан. Ингэснээр бид хэрхэн хамгийн хийсвэр болон бүх нийтийн онолууд орчин үеийн шинжлэх ухаан-аас эхлээд өмнө нь олж авсан үр дүнг шингээж аажмаар хөгжүүлсэн энгийн дүгнэлтүүд, ширээний физик туршилтын үндсэн дээр хийсэн.
http://elementy.ru/trefil/coulomb_law
http://www.fieldphysics.ru/coulombs_law/
http://www.vnz.ru/spravki/zakon-Kulona.html