Էլեկտրական լիցք

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից
Nuvola single chevron right.svg Անվան այլ գործածումների համար տես՝ Լիցք (այլ կիրառություններ)
Դրական և բացասական լիցքերի ստեղծած էլեկտրական դաշտը

Էլեկտրական լիցք, սկալյար ֆիզիկական մեծություն: Բնութագրում է մարմնի՝ էլեկտրամագնիսական փոխազդեցությանը մասնակցելու և էլեկտրամագնիսական դաշտի աղբյուր լինելու հատկությունը։ Էլեկտրական լիցքի հասկացությունն առաջին անգամ կիրառվել է 1785թ. Կուլոնի օրենքում:

Չափման միավորը ՄՀ-ում կուլոնն է՝ 1 վայրկյանում 1 Ա հոսանքի ուժի դեպքում հաղորդչի լայնական հատույթով անցնող էլեկտրական լիցքը։ Մեկ կուլոն լիցքը շատ մեծ է։ Վակուումում 1 մ հեռավորության վրա գտնվող q1 = q2 = 1 Կլ երկու լիցքակիրներ փոխազդում են 9×109 նյուտոն ուժով։ Այդ ուժով Երկրագնդի գրավիտացիան ձգում է 1 միլիոն տոննա զանգվածով մարմինը։

Պատմությունը[խմբագրել]

Մայքլ Ֆարադեյը իր լաբորատորիայում
Բենջամին Ֆրանկլինը օդապարիկով իր հանրահայտ փորձն անցկացնելիս, որտեղ ցույց տվեց, որ կայծակը էլեկտրականություն է

Դեռևս հին անցյալում հայտնի էր, որ սաթը (հին հուն.՝ ἤλεκτρον էլեկտրոն) բրդով շփելիս ձգում է առարկաներ։ XVI դ. վերջում անգլիացի բժիշկ Վիլյամ Հիլբերտը այդ երևույթն անվանեց էլեկտրականացում:

1729 թ. Շառլ Դյուֆեն սահմանեց, որ գոյություն ունեն երկու սեռի լիցքեր։ Մի տեսակն առաջանում է ապակին մետաքսով շփելիս, մյուսը՝ ապակին խեժով շփելիս։ Դյուֆեն անվանեց այդ լիցքերը «ապակե» և «խեժային»: Դրական և բացասական լիցքերի մասին հասկացությունը մտցրեց Բենջամին Ֆրանկլինը:

XX դ. սկզբին ամերիկացի ֆիզիկոս Ռոբերտ Միլիկենը փորձնական ճանապարհով ցույց տվեց, որ էլեկտրական լիցքը դիսկրետ է, այսինքն՝ ցանկացած մարմնի լիցք տարրական էլեկտրական լիցքի բազմապատիկն է։

Էլեկտրաստատիկա[խմբագրել]

Էլեկտրաստատիկան էլեկտրականության մասին ուսմունքի բաժին է, որտեղ ուսումնասիրում են տրված իներցիալ հաշվարկման համակարգի նկատմամբ անշարժ էլեկտրական լիցքերի համակարգերի հատկությունները և փոխազդեցությունները։

Էլեկտրական լիցքի մեծությունը (այլ կերպ՝ էլեկտրական լիցքը) լիցքակիրների և լիցքավորված մարմինների թվային բնութագիրն է, կարող է ընդունել դրական և բացասական արժեքներ։ Լիցքերով պայմանավորված փոխազդեցությունը ուղիղ համեմատական է լիցքերի մեծությանը, իսկ էլեկտրամագնիսական դաշտի կողմից լիցքերի վրա ազդող ուժի ուղղությունը կախված է լիցքի նշանից։

Ցանկացած համակարգի էլեկտրական լիցքը կազմված է ամբողջ թվով տարրական լիցքից, որը մոտ 1,6×10−19 Կլ է[1] ՄՄ համակարգում կամ 4,8×10−10 ՍԳՎ միավոր[2]: Էլեկտրականության լիցքակիրները լիցքավորված տարրական մասնիկներն են։ Ազատ վիճակում կայուն, ամենափոքր զանգվածն ունեցող մասնիկը, որն ունի մեկ բացասական տարրական էլեկտրական լիցք, էլեկտրոնն է, ազատ վիճակում կայուն, ամենափոքր զանգվածն (էլեկտրոնին հավասար) ունեցող դրական տարրական էլեկտրական լիցք ունեցող հակամասնիկը՝ պոզիտրոնը: Պրոտոնը, որը նույնպես կայուն մասնիկ է, նույնպես ունի մեկ դրական տարրական լիցք։ 1964 թ. առաջ քաշվեց հիպոթեզ, որ գոյություն ունեն տարրական լիցքից փոքր լիցքով (±1/3 և ±2/3 տարրական լիցք) մասնիկներ՝ քվարկներ: Սակայն դրանք ազատ վիճակում գոյություն չունեն, և ըստ էության, կարող են գոյություն ունենալ միայն այլ մասնիկների՝ ադրոնների կազմության մեջ։ Ուստի ցանկացած ազատ մասնիկ կարող է ունենալ միայն տարրական լիցքին բազմապատիկ լիցք։

Ցանկացած տարրական մասնիկի էլեկտրական լիցքը ռելյատիվիստորեն ինվարիանտ մեծություն է։ Այն կախված չէ հաշվարկման համակարգից, այսինքն՝ կախված չէ նաև մասնիկի շարժումից կամ դադարի վիճակից, այն ներհատուկ է մասնիկին ամբողջ կյանքի ընթացքում։ Այս պատճառով տարրական մասնիկները հաճախ նույնականացվում են իրենց լիցքերի հետ։ Ընդհանուր առմամբ բնության մեջ դրական և բացասական լիցքերի թիվը նույնն է։ Ատոմների և մոլեկուլների էլեկտրական լիցքը զրո է, իսկ բյուրեղացանցի բջջի դրական և բացասական իոնների լիցքերը չեզոքացնում են միմյանց։

Լիցքերի փոխազդեցությունը[խմբագրել]

Լիցքերի փոխազդեցությունը. տարանուն լիցքերը ձգում են միմյանց, նույնանունները՝ վանում

Ամենապարզ և առօրեական երևույթը, որտեղ նկատվում է էլեկտրական լիցքերի գոյությունը բնության մեջ, մարմինների էլեկտրականացումն է հպման ժամանակ[3]: Էլեկտրական լիցքերի՝ փոխադարձ ձգողության և փոխադարձ վանողության ընդունակությունը բացատրվում է երկու տիպի՝ դրական և բացասական լիցքերի գոյությամբ։ Նույնանուն լիցքերը վանում են միմյանց, տարանունները՝ ձգում։

Էլեկտրաչեզոք մարմինների հպման ժամանակ շփման հետևանքով լիցքերը մի մարմնից անցնում են մյուսին։ Մարմիններում խախտվում է դրական և բացասական լիցքերի հավասարությունը, և նրանք լիցքավորվում են (տարանուն լիցքերով)։

Էլեկտրական լիցքի պահպանման օրենքը[խմբագրել]

Դրական լիցքի ստեղծած էլեկտրական դաշտը
Բացասական լիցքի էլեկտրական դաշտը

Փակ համակարգի[4] Էլեկտրական լիցքը պահպանվում է ժամանակի ընթացքում և քվանտացվում է՝ չափվում է տարրական էլեկտրական լիցքին բազմապատիկ մեծությամբ, այսինքն՝ էլեկտրականապես մեկուսացված համակարգ կազմող մարմինների կամ մասնիկների էլեկտրական լիցքի հանրահաշվական գումարը չի փոխվում համակարգի ներսում ընթացող ցանկացած պրոցեսի դեպքում։

Ատոմների կամ մոլեկուլների իոնացման արդյունքում համակարգում կարող են առաջանալ էլեկտրականապես լիցքավորված նոր մասնիկներ, օրինակ՝ էլեկտրոններ։ Սակայն եթե համակարգը էլեկտրականապես մեկուսացված է, ապա բոլոր, այդ թվում նոր առաջացած մասնիկների էլեկտրական լիքերի հանրահաշվական գումարը միշտ զրո է։

Լիցքի պահպանման օրենքը ֆիզիկայի հիմնական օրենքներից է և ներկայումս համարվում է ֆիզիկայում պահպանման հիմնարար օրենքներից մեկը (իմպուլսի պահպանման օրենքի և էներգիայի պահպանման օրենքի հետ մեկտեղ)։ Այն փորձնականորեն հաստատել է 1843 թ. Մայքլ Ֆարադեյը։ Լիքցի պահպանման օրենքը ստուգող առավել ճշգրիտ փորձեր անցկացվում են հիմա էլ։

Ազատ լիցքեր[խմբագրել]

Մարմինները, ըստ իրենց ազատ լիցքերի կոնցենտրացիայի, բաժանվում են երեք խմբի՝ հաղորդիչներ, մեկուսիչներ, կիսահաղորդիչներ:

  • Հաղորդիչներն այն մարմիններն են, որոնցում էլեկտրական լիցքը կարող է ազատ տեղաշարժվել մարմնի ամբողջ ծավալում։ Հաղորդիչները բաժանվում են երկու խմբի. առաջին սեռի հաղորդիչներ (մետաղներ), որոնցում լիցքերի (ազատ էլեկտրոնների) տեղափոխությունը չի ուղեկցվում քիմիական փոխարկումներով, և երկրորդ սեռի հաղորդիչներ (օրինակ, աղեր, թթվային լուծույթներ և այլն), որոնցում լիցքակիրների (դրական և բացասական իոնների) տեղափոխությունը հանգեցնում է քիմիական ռեակցիաների։
  • Մեկուսիչները (օրինակ՝ ապակին, պլաստմասսան) այն մարմիններն են, որոնցում չկան ազատ լիցաքկիրներ։
  • Կիսահաղորդիչները (գերմանիում, սիլիցիում և այլն) միջանկյալ դիրք են զբաղեցնում մետաղների և մեկուսիչների միջև։

Տե՛ս նաև[խմբագրել]

Գրականություն[խմբագրել]

Նշումներ[խմբագրել]

  1. Կամ, ավելի ճիշտ, 1,602176487(40)×10−19 Կլ
  2. Կամ, ավելի ճիշտ, 4,803250(21)×10−10 ՍԳՎ միավոր
  3. Սակայն դա մարմինների էլեկտրականացման միակ եղանակը չէ: Մարմինները կարող են էլեկտրականանալ, օրինակ, լույսի ազդեցությամբ
  4. Էլեկտրականապես պակ համակարգը այն համակարգն է, որի սահմանափակող մակերևույթով չեն կարող թափանցել էլեկտրականապես լիցքավորված մասնիկներ (համակարգը լիցքերի չի փոխանակում արտաքին մարմինների հետ):