8,9,10. Электр зарядтары және электр өрісі. Электростатикалық өріс.

Қазіргі кездегі көзқарасқа сәйкес заряд элементар бөлшектердің қасиеті болып табылады. Егерде денеде (н/се бөлшекте) заряд шамасы бар болса, онда олар зарядталған басқа денелермен (н/се бөлшектермен) әсерлесе алады, яғни олар электромагниттік өріс арқылы әсерлеседі. Электр заряды ж/е электромагниттік өріс бір-біріне тығыз байланысты ұғымдар. Демек, электр заряды ұғымын тек электромагниттік өріс ұғымымен бірге қалыптастыруға болады. Электр заряды ұғымын талдағанда, электрон туралы қарастырылып, оның теріс зарядты, әрі одан әрі бөлінбейтін ең кіші бөлігі ретінде алынады. Зарядтың бөлінгіштігі мен дискреттілігін көрсеткенде электрон ұғымы енгізіледі. Зарядтың бөлінгіштігін негізгі мектептің 8-сыныбында оқушылар зарядталған екінші денеге бөлініп зарядталуынан біледі. Бұл тәжірибелер қарапайым әрі оны оқушылар жақсы түсінеді. Электр зарядының дискреттілігі Иоффе және Милликен тәжірибелерінде дәлелденеді, бірақ та бұл тәжірибені мектепте көрсетуге мүмкіндік жоқ. Зарядтың дискреттілігін Иоффе металл тозаңын, ал Милликен май тамшысын алып зарядталған конденсатор астарларындағы электр өрісінде қозғалысын микроскоп арқылы зерттеп, зарядтың бөліну шегі бар екенін, зарядтың дискреттілігін анықтайды. Иоффе тәжірибесінде зарядтың секірмелі түрде өзгеретінін, яғни дискреттілігін дәлелдейді. Ал, Милликен тәжірибесінде элементар зарядтың бар екенін, оның шамасын электронның зарядын анықтайды. Компьютерде көбінесе Милликеннің тәжірибесі жасалады.

Электр заряды денелердің электрлік әсерлесуін сипаттайды. Электр зарядтарының қасиеттері:

- электр зарядтары оң және теріс болады, аттас зарядтар бір-бірінен тебіледі, ал әр аттас зарядтар бір-біріне тартылады;

- электр заряды релятивтік - инвариантты: ол қозғалыс кезінде мәнін

өзгертпейді, яғни оның шамасы санақ жүйесіне тәуелсіз;

- электр заряды аддитивті, яғни кез-келген жүйенің заряды жүйені құрайтын бөлшектердің зарядтарының алгебралық қосындысына тең;

- электр заряды дискретті, яғни кез келген бөлшек е элементар зарядтан тұрады, яғни : q= eN.

Элементар заряды бар бөлшектер электрон ( теріс ) және протон (оң),

Элементар заряд /е/ = 1,6 10-19 Кл.

Электр өрiсi – кез - келген зарядталған денелердiң айналасында болады және заттардан ерекше, материяның айырықша бiр түрi болып табылады. Оны көру немесе ұстау мүмкін емес. Электр өрiсiнiң бар немесе жоқ екендiгiн, тек оның әсері арқылы білуге болады.

Қозғалмайтын электр зарядтарының тудыратын өрісі уақыт бойынша өзгермейді және электрстатикалық өріс деп аталады.

11,12,13. Өткізгіштердегі және диэлектриктердегі электростатикалық өріс.

Өткізгіштердің электрлік қасиеттері олардағы еркін зарядталған бөлшектердің болуымен сипатталады. Мысалы, металлдарда еркін электрондар болады. Электр өрісіне өткізгішті енгізгенде ондағы еркін зарядтар ығысып, қайта таралып орналасады. Зарядтардың бұл қайта таралып орналасуы өткізгіш ішіндегі электр өрісі нольге тең болғанша жүреді.Электр өрісіндегі зарядтардың қайта таралып орналасуын электростатикалық индукцияқұбылысы деп атайды, ал өткізгіш бетінде пайда болатын теңеспеген зарядтарды индукцияланған зарядтар деп атайды.

Сыртқы электр өрісіндегі өткізгіштерде келесі шарттар орындалады:

1.     Электр өрісіндегі өткізгіштің ішіндегі электр өрісінің кернеулігі нольге тең,  ;

2.     Өткізгіш бетіндегі кез келген нүктедегі электр өрісінің кернеулігі өткізгіш бетіне нормаль бағытталады,  ;

3.     Өткізгіш беті эквипотенциал бет болып табылады;

4.     Өткізгіштің ішіндегі кез-келген көлем үшін Остроградский-Гаусс теоремасы келесі түрде жазылады:

5.     Өткізгіш бетіндегі кез-келген тұйық бет үшін Остроградский-Гаусс теоремасы мына түрде жазылады:

Ығысу векторы өткізгіш бетіндегі еркін зарядтардың беттік тығыздығына тең болады: 

 екенін ескерсек, өткізгіш бетіндегі өріс кернеулігі   өрнегімен анықталады. Мұндағы   өткізгішті қоршаған ортаның диэлектриктік өтімділігі. Диэлектриктер - электр өткізбейтін заттар оң зарядтар мен теріс зарядтары тең мөлшерде болып келетін молекулалардан немесе диэлектрик ішінде емін еркін қозғала алмайтын иондардан тұрады.

Сыртқы электр өрісі болмаған кезде оң және теріс зарядтардың ауырлық центрлері бір-біріне қатысты дәл келуі де немесе ығысқан болуы да мүмкін. Соңғы жағдайда молекула электр дипольге эквивалентті болады да полярлық деп аталады. Полярлық молекуланың меншікті электрлік моменті: Р=ql. Өлшем бірлігі:  .

Өріс жоқ болғанда әр таңбалы зарядтардың ауырлық центрлері біріккен, меншікті электрлік моменттерге ие болмайтын молекулалар полюссіз деп аталады. Сыртқы электр өрісінің әсерінен полюссіз молекулалардағы зарядтар бір–бірімен салыстырғанда оң зардтар өріс бағытымен, терістері өріске қарсы ығысады. Рационалданған системада пропорционалдық коэффицентті   түрінде жазамыз, мұндағы  -электрлік тұрақты, ал  -молекуланың полюстену қабілеті. p мен E бағыттары дәл келетіндігін ескере отырып былай жазуға болады: Р = .

Полюсті емес молекуланың полюстену процесі молекуланың оң және теріс зарядтары өз ара серпімді күштермен байланысқандағыдай болады. Сондықтан полюсті емес молекула сыртқы өрісте өзін серпімді диполь сияқты көрсетеді.

Полюстік молекулаға сыртқы өрістің әсері негізінде молекуланы оның электрлік моменті өріс бағыты бойынша орналасатындай бұруға тырысады. Электрлік моменттің шамасына сыртқы өріс іс жүзінде әсер етпейді. Демек, полюстік молекула сыртқы өрісте өзін қатаң диполь ретінде ұстайды.