3. Дәрістер кешені
3.1. Дәріс тезистері
Дәріс тезистері
Тақырып 1: Кіріспе. Тұрақты электр өрісі. Кулон заңы
Қарастырылатын сұрақтар:
Электромагниттік өрістің жалпы сипаттамасы. Тұрақты электр өрісі. Электр өрісі тұрақтылығы туралы ұғымның физикалық мазмұны және оны қолданудың шектеулері. Кулон заңы. Кавендиш әдісі. Кулон заңының өрістік интерпретациясы. Электр өрісінің кернеулігі. Гаусс теоремасы.
Дәріс мазмұны:
Электромагниттік өрістің жалпы сипаттамасы
1.1.
Электромагниттік әсер
- табиғатта әзірге белгілі төрт түрлі
әсерлердің бipi (күшті, әлсіз, электромагниттік
және гравитациялықәсерлер). Электромагниттік
әсер атом және молекулалар өлшемдеріне
сәйкес арақашықтықтан (10
м)
бастап, бірнеше жүздеген километр, одан
да үлкен арақашықтықтар арасында
байқалады (сондықтан бұл әсер біздің
күнделікті өмірімізде гравитациялық
әсер сияқты жиі кездесетін әсер болып
табылады). Атомдар мен молекулалардың
микроскопиялық бөлшектер - электрондар
мен ядролардан құрылуы электромагниттік
әсер негізінде түсіндіріледі.
1.2.
Электромагниттік өрістің жалпы
сипаттамасы.
Электромагниттік өpic электрлік және
магниттік құбылыстардың материалдық
нeгiзi болып табылады.. Электромагниттік
өpic өзара байланысты екі құраушы - электр
және магнит компоненттерінен тұрады.
Осы компоненттерді (құраушыларды) сан
жағынан сипаттайтын шамалар - электр
өpici кернеулігі
мен магнит өpici индукциясы
.
Бұл шамалар электромагниттік өpicтeгi
зарядқа (тыныштықтағы және қозғалыстағы)
әсер ететін күштерді анықтайды.
жылдамдықпен козғалатын q зарядқа әсер
ететін күш:
(1.2.1)
Ортаның
электромагниттік өріске әсерін ескеру
үшін электр өрісінің ығысу векторы
және магнит өрісінің кернеулігі
енгізіледі. Электр өpici ығысу векторы
және магнит өpici индукциясы
,
электр және магнит өрістерінің
кернеуліктері
және
материалдық қатынастар арқылы байланысқан.
1.3. Зарядталған микробөлшектер. Кез келген заттың зарядталуы, құрамында зарядталған еркін бөлшектердің болуы, оның атомдары мен молекулаларының құрамында микроскопиялық бөлшектер -электрондар мен протондар болатындықтан. Қaзipгi кезде 200-ден астам микробөлшектер, ал атомдар, молекулалар және иондардың (электрондық қабыршақтарында электрон саны артық-тepic иондар) сан алуан түрлері белгілі. Көпшілік микробөлшектердің өмip сүру уақыттары өте аз.
1.3.1.
Электрон
- элементар тepic зарядты иеленетін микро-
бөлшек. Бұл элементар зарядтың мәні - e
= -1,6×10
Кл.
Электрлік және магниттік құбылыстардың
классикалық теориясында электронды
нүктелік заряд, яғни заряды нүктеде
шоғырланған деп қарастырады.
1.3.2.
Протон
- элементар оң зарядты иеленетін
микробөлшек. Оң
элементар
зарядтың мәні - e=1,6×10
Кл.
Оның заряды
10
м
аумағында белгілі бip зандылықпен
таралған. Осы зандылықты
зерттеу
үшін протонды жылдамдығы өте үлкен
электрондармен
атқылайды.
Протонмен соқтығысқан электрондардың
траекторияларын
зерттеу арқылы протон зарядының
кеңістікте таралады.
Қaзipгi
кезде заряды элементар оң және тepic
зарядтардың бөліктеріне тең зарядтың
микроскопиялық иелері тәжірибе жүзінде
байқалмаса да, теория бойынша протон
зарядтары
екі нуктелік кварк пен заряды
бip нуктелік кварктан тұрады деп
қарастырылады.
Мұндай түсінік (көзқарас) элементар
бөлшектердің ішкі қайшылығы жоқ
физикалық теориясын жасауға көп себебін
тигізеді.
1.3.3.
Нейтрон -
атомдар ядроларының
құрамына
кіретін
негізгі
бөлшектердің
бipi,
толық
заряды нөлге
тең.
Протон сияқты
өте
жылдам электрондармен атқылау
арқылы
нейтрон зарядының
кеңістікте
таралу заңдылығы
1.3.3.1-суретте
көрсетілгендей
екендігі
анықталған.
Сонымен қатар
элементар бөлшектер
теориясында
нейтронды
заряды
екі
нүктелік
кварк пен заряды
бip
нүктелік
кварктан тұрады
деп қарастырылады.
Элементар заряд және оның инварианттығы. Зарядталған микробөлшектер электрон мен протонның зарядтарының мәні осы уақытқа дейін тәжірибе жүзінде анықталған ең кіші зарядтар екені белгілі. Олай болса, кез келген зарядталған дененің зарядының мәні осы ең кiшi зарядтың мәніне бүтін есеге өзгере алатыны түсінікті. Яғни зарядталған дененің заряды q =
,
(n = 1,2,...) бола алады.
1909
жылы Милликен зарядталған май
түйіршіктерінің зарядының өзгepici
элементар заряд шамасына еселі түрде
өзгеретіндігіне, яғни
екенін тәжірибе жүзінде көрсеткен.
Сондықтан кез келген зарядталған дененің
заряды дискретті мәндер қабылдайды.
Оң
және тepic элементар зарядтардың мәндерінің
өте жоғары дәлдікте өзара тең екендігі
де ғажайып фактілердің бipi. Cyтeгi және
басқа элементтер атомдарының электр
және магнит өрістерінде ауытқуын тексеру
арқылы электрон мен протон зарядтарының
өзара теңдігі 10
-10
дейінгі салыстырмалы дәлдікпен
анықталған.
Зарядтың сақталу заңы. Электрлік тұрғыдан жабық системаның зарядының алгебралық қосындысы өзгермейді. Осы тұжырымды зарядтың сақталу заңы деп атайды. Бұл заңнан, егер жабық системада оң микробөлшек пайда болса, онда міндетті түрде тepic микробөлшек пайда болады деген салдар шығады.