Elektr zaryadlari va ularning o‘zaro ta’siri

Hozirgi vaqtda elektr hodisasi va qonunlarining turmushda nihoyatda katta ahamiyatga ega ekanligini inkor qilib bo‘lmaydi. Òurli xil elektr mashina va asboblarning ishlashini tushunib olish uchun elektrning asosiy xususiyatlari va qonuniyatlarini oz miqdorda bo‘lsa ham bilib olish zarur. Shuning uchun oldin ba’zi eng sodda elektr hodisalari bilan tanishib chiqamiz. Elektr hodisalari odamlarni tabiat mavjud bo‘lgandan buyon qiziqtirib keladi. Mo‘ynaga ishqa langan kahrabo tayoqchaning pat, qog‘oz, yengil buyum bo‘lak chasi va shunga o‘xshash yengil jismlarni o‘ziga tortishini miloddan avvalgi 640—550- yillarda yashagan yunon faylasufi Fales Miletskiy kuzatgan bo‘lib, bu hodisa mohiyati ochilmaganicha qolib ketdi va uzoq yillar davomida o‘rganilmadi. XVI asrda ingliz olimi Gilbert Fales tajribalarini takrorladi va tajribalar asosida kahrabodan boshqa jismlar ham bir-biri bilan ishqalanganda yengil jismlarni o‘ziga tortishini aniqladi. Masalan, shisha tayoqchani shoyiga yoki kahrabo (ebonit) tayoq chani jun matoga ishqalab, so‘ng maydalab yirtilgan qog‘oz parchalariga yaqinlashtirilsa, qog‘oz parchalarining ularga tor tilishi kuzatildi. Bunday hodisalar XVII asr boshlarida elektr deb ataldi. Elektr so‘zi grekcha „elektron“ so‘zidan olingan bo‘lib, „kahrabo“ (ebonit) demakdir. Keyinchalik, ishqalanish natijasida yengil jismlarni o‘ziga tortadigan bo‘lib qolgan jismlarni elektrlangan jismlar yoki elektr zaryadi bilan zaryadlangan jismlar deb yuritiladigan bo‘ldi.

Yuqorida keltirilgan tajribalardan ko‘rinadiki, barcha elektrlangan jismlar boshqa yengil jismlarni o‘ziga tortar ekan. Endi shoyiga ishqalangan shisha tayoq chada hosil bo‘lgan elektr zaryadi bilan mo‘ynaga ishqalangan ebonit tayoqchada hosil bo‘lgan elektr zaryadlari bir-biridan farq qiladimi yoki yo‘qmi, degan savol tug‘iladi. Bu savolga javob berish uchun quyidagi tajribalarga murojaat qilamiz. Ipak ipga osilgan zar qog‘ozdan yasalgan sharchaga zaryadlangan shisha tayoqchani tekkizsak, sharcha zaryadlanadi. Endi zaryadlangan shisha tayoqchani zaryadlangan sharchaga qayta yaqinlashtirsak, u tayoqchadan itariladi. Agar zaryadlangan bu sharchaga zaryadlangan ebonit tayoqchani yaqinlashtirsak, sharcha tayoqchaga tortiladi. Demak, jismlar zaryadlanganda ular orasida o‘zaro ta’sir mavjud bo‘lar ekan. Nima sababdan shunday bo‘lishini aniqlash uchun quyidagi tajribalarni o‘tkazamiz. Ipak iplarga osilgan ikkita sharchani zar yadlangan shisha tayoqchani tekkizish orqali zaryadlaylik. Shundan keyin zaryadlangan sharchalarni o‘zaro yaqinlashtirsak, ular bir biridan qochadi. Shu kabi sharchalarni zaryadlangan ebonit tayoqcha orqali zaryadlab, bir-biriga yaqinlashtirsak, bu holda ham sharchalar bir-biridan qochadi. Agar sharchalardan birini zaryadlangan shisha tayoqcha bilan, ikkinchisini zaryadlangan ebonit tayoqcha bilan zaryadlab bir-biriga yaqinlashtirilsa, u holda sharchalarning bir-biriga tortilishini ko‘rish mumkin. Bundan ko‘rinadiki, shisha va ebonit tayoqchalarda hosil bo‘lgan zaryadlarning tabiati turlicha bo‘lar ekan. Demak, tajribalar tabiatda ikki tur elektr zaryadlari mavjud bo‘lib, bir xil ishorali elektr zaryadlari bilan zaryadlangan jismlar o‘zaro itarilishini, turli ishorali elektr zaryadlari bilan zaryadlangan jismlar esa o‘zaro tortilishini ko‘rsatadi. Shartli ravishda shoyiga ishqalangan shishada hosil bo‘lgan elektr zaryadlarini musbat (+) ishorali zaryad deb, mo‘ynaga ishqalangan kahraboda hosil bo‘lgan elektr zaryadlarini manfiy (–) ishorali zaryad deb qabul qilingan. „Musbat zaryad“ va „manfiy zaryad“ tushunchalarini hamda ularni mos ravishda „+“ va „–“ ishoralar bilan belgilashni amerikalik fizik B. Franklin 1750- yilda birinchi marta o‘zining elektr hodisalar haqidagi „unitar nazariya“sida kiritgan. Òabiatda mavjud bo‘lgan barcha jismlarda har doim o‘zaro teng miqdorda musbat va manfiy zaryadlar bo‘lib, jismlar, odatda, elektr jihatdan neytral holatda bo‘ladilar. Hozirgi vaqtda biz bilamizki, hamma jismlar atom yoki molekulalardan tashkil topgan. Atom esa musbat zaryadli yadrodan va manfiy zaryadli elektron lardan tarkib topgan neytral sistemadir. Agar atom tarkibidagi elektron biror usul bilan tashqaridan qo‘shimcha energiya ola olsa, u holda elektron yadro bilan bog‘lanishni uzib, o‘z atomini tark etishi va jism ichida o‘zini erkin zarradek tutishi, hatto jismdan tashqariga chiqib ketishi ham mumkin. Masalan, jismlar bir-biriga ishqalanganda (bunda ishqalashning mexanik energiyasi jismlarning ichki energiyasiga aylanadi, binobarin, elektronlar qo‘shimcha energiyaga ega bo‘ladi) bunday elektronlarning biror qismi bir jismdan ikkinchi jismga o‘tishi mumkin. Demak, ishqalanish nati jasida biridan ikkinchisiga elektronlar o‘tishi hisobiga birinchi jism musbat, ikkinchi jism esa manfiy zaryadlanadi. Agar bir jismdan ikkinchi jismga o‘tgan elektronlarning soni n ta bo‘lsa, u holda jismlarning har birining zaryadi q = ne bo‘ladi, bu yerda e— elektron zaryadi, uning qiymati e = 1,6 · 19–19 C. Umuman, jismlarni uch xil usul bilan zaryadlash mumkin. Birinchisi: jismlarni bir-biriga ishqalash yo‘li bilan zaryadlash. Bu holni yuqorida ko‘rib o‘tdik. Ikkinchisi: elektr o‘tkazuvchanlikdan foydalanib zaryadlash. Bunda zaryadlangan jismni zaryadlanishi lozim bo‘lgan jismga bevosita tekkiziladi (kontaktga keltiriladi). Bunda elektr o‘tkazuvchanlik tufayli zaryadli zarra (elektron)larning zar yadlangan jismdan zaryadlanmagan jismga o‘tishi natijasida keyingi jism zaryadlanib qoladi. Elektrofor mashina yordamida jismlarni zaryadlash bunga misol bo‘la oladi. Uchinchisi: ta’sir orqali zaryadlash yoki elektrostatik induksiya usuli. Zaryadlashning bu usuli bilan keyinroq tanishamiz.

Shunday qilib, yuqorida ko‘rib o‘tilgan tajribalarda shoyiga ishqalangan shisha tayoqchadan elektronlar shoyiga o‘tishi tufayli shisha tayoqcha musbat, shoyi esa manfiy zaryadlanib qoladi; jun matoga ishqalangan ebonit tayoqchaga jun matodan elektronlar o‘tishi tufayli ebonit tayoqcha manfiy, jun mato esa musbat zaryadlanib qoladi, degan xulosaga kelamiz. Umuman olganda, bir-biriga ishqalangan ikki jismdan qaysi biri elektronlarini bersa, musbat, ortiqcha elektronlarni qabul qilib olsa, manfiy zaryadlanib qoladi. Olingan jismlardagi qarama-qarshi ishorali zaryadlar miqdori teng bo‘lib, ular yo‘qolmaydi. Bu bir jismda bir xil ishorali zaryaddan qancha miqdorda kamaysa, ikkinchi jismda o‘shanday ishorali zaryaddan shuncha miqdorda ortadi, degan ma’noni anglatadi. Demak, jismlarda zaryadning umumiy miqdori o‘zgarmaydi. Bu zaryadning saqlanish qonuni deb ataladi. Ushbu qonun tashqaridan zaryadli zarralar kirmaydigan va tashqariga bunday zarralar chiqmaydigan jismlar to‘plami, ya’ni sistema uchun to‘g‘ridir. Bunday sistema yopiq sistema deb ataladi. Yopiq sistemada barcha zarralar zaryadlarining algebraik yig‘indisi o‘zgarmasdir : q1 +q2 +q3 + ¾+qN = const. Zaryadlangan jismlarning bir-biridan itarilishida yoki tortilishida namoyon bo‘ladigan elektr zaryadlarining o‘zaro ta’sir kuchi elektr kuchlari deyiladi. Elektr kuchlari elektr zaryadlari tomonidan yuzaga keladi. Jismlarning zaryadlanganligini aniqlashga imkon beruvchi asbob elektroskop deb ataladi. Elektroskopning ishlashi zaryadlangan jismlarning o‘zaro ta’siriga asoslangan.
Rasmda elektroskop keltirilgan bo‘lib, uning tuzilishi quyi dagicha: metall gardish (1 )ga o‘rnatilgan plastmassa tiqin (2) orqali metall tayoqcha (3) o‘tkazilgan bo‘lib, tayoqchaning uchiga ikkita zar qog‘oz — yaproqchalar (4) yopishtirilgan, gardishning ikkala tomoni oyna bilan berkitilgan. Elektroskop qancha ko‘p zaryad bilan zaryadlansa, uning yaproqchalarining bir-birini itarish kuchi shuncha katta bo‘lib, ular shuncha kattaroq burchakka ochiladi. Demak, elektroskop yaproqchalari orasidagi burchakning katta ligiga qarab, uning zaryadi oshganligi yoki kamayganligi haqida fikr yuritish mumkin. Agar zaryadlangan elektroskopga xuddi shunday ishorali elektr bilan zaryadlangan boshqa jism yaqinlashtirilsa, elektroskop yap roqchalari bir-biridan yanada uzoqlashadi. Elektroskopga qarama-qarshi ishorali elektr bilan zaryadlangan jism yaqinlashtirilsa, uning yaproqchalari orasidagi burchak kamayadi. Elektroskopni birinchi marta rus olimi G.V. Rixman ixtiro etgan va ishlatgan.