რა არის დადებითი მუხტის განმარტება ფიზიკაში. მინიმალური ელექტრული მუხტი – ელექტრონის მუხტი არის

« ფიზიკა - მე-10 კლასი“

პირველ რიგში, განვიხილოთ უმარტივესი შემთხვევა, როდესაც ელექტრული დამუხტული სხეულები მოსვენებულნი არიან.

ელექტროდინამიკის დარგი, რომელიც ეძღვნება ელექტრული დამუხტული სხეულების წონასწორობის პირობების შესწავლას, ე.წ. ელექტროსტატიკა.

რა არის ელექტრული მუხტი?
რა გადასახადებია?

სიტყვებით ელექტროენერგია, ელექტრული მუხტი, ელექტრული დენიარაერთხელ შეგხვედრიათ და მოახერხეთ მათთან შეგუება. მაგრამ შეეცადეთ უპასუხოთ კითხვას: "რა არის ელექტრული მუხტი?" თავად კონცეფცია დააკისროს- ეს არის ძირითადი, პირველადი კონცეფცია, რომელიც ჩვენი ცოდნის განვითარების ამჟამინდელ დონეზე ვერ დაიყვანება რაიმე მარტივ, ელემენტარულ ცნებებზე.

ჯერ შევეცადოთ გავარკვიოთ, რას გულისხმობს განცხადებაში: „ამ სხეულს ან ნაწილაკს აქვს ელექტრული მუხტი“.

ყველა სხეული აგებულია უმცირესი ნაწილაკებისგან, რომლებიც განუყოფელია უფრო მარტივებად და ამიტომ ე.წ. ელემენტარული.

ელემენტარულ ნაწილაკებს აქვთ მასა და ამის გამო ისინი ერთმანეთს უნივერსალური მიზიდულობის კანონის მიხედვით იზიდავენ. ნაწილაკებს შორის მანძილის მატებასთან ერთად, გრავიტაციული ძალა მცირდება ამ მანძილის კვადრატის უკუპროპორციით. ელემენტარული ნაწილაკების უმეტესობას, თუმცა არა ყველა, ასევე აქვს ერთმანეთთან ურთიერთქმედების უნარი ძალით, რომელიც ასევე მცირდება მანძილის კვადრატის შებრუნებული პროპორციით, მაგრამ ეს ძალა ბევრჯერ აღემატება მიზიდულობის ძალას.

ასე რომ, წყალბადის ატომში, რომელიც სქემატურად არის ნაჩვენები სურათზე 14.1, ელექტრონი იზიდავს ბირთვს (პროტონს) 10 39-ჯერ მეტი ძალით ვიდრე გრავიტაციული მიზიდულობის ძალა.

თუ ნაწილაკები ერთმანეთთან ურთიერთქმედებენ ძალებით, რომლებიც მცირდება მანძილის ზრდასთან ერთად ისევე, როგორც უნივერსალური მიზიდულობის ძალები, მაგრამ ბევრჯერ აღემატება გრავიტაციულ ძალებს, მაშინ ამბობენ, რომ ამ ნაწილაკებს აქვთ ელექტრული მუხტი. თავად ნაწილაკები ე.წ დამუხტულია.

არსებობს ნაწილაკები ელექტრული მუხტის გარეშე, მაგრამ არ არსებობს ელექტრული მუხტი ნაწილაკების გარეშე.

დამუხტული ნაწილაკების ურთიერთქმედება ე.წ ელექტრომაგნიტური.

ელექტრული მუხტი განსაზღვრავს ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების ინტენსივობას, ისევე როგორც მასა განსაზღვრავს გრავიტაციული ურთიერთქმედების ინტენსივობას.

ელემენტარული ნაწილაკების ელექტრული მუხტი არ არის სპეციალური მექანიზმი ნაწილაკში, რომელიც შეიძლება ამოღებულ იქნეს მისგან, დაიშალა მის შემადგენელ ნაწილებად და ხელახლა შეიკრიბოს. ელექტრონზე და სხვა ნაწილაკებზე ელექტრული მუხტის არსებობა მხოლოდ მათ შორის გარკვეული ძალის ურთიერთქმედების არსებობას ნიშნავს.

ჩვენ, არსებითად, არაფერი ვიცით მუხტის შესახებ, თუ არ ვიცით ამ ურთიერთქმედების კანონები. ურთიერთქმედების კანონების ცოდნა უნდა იყოს ჩართული ჩვენს იდეებში გადასახადის შესახებ. ეს კანონები მარტივი არ არის და მათი რამდენიმე სიტყვით დახატვა შეუძლებელია. აქედან გამომდინარე, შეუძლებელია ცნების საკმარისად დამაკმაყოფილებელი მოკლე განმარტების მიცემა ელექტრული მუხტი.

ელექტრული მუხტის ორი ნიშანი.

ყველა სხეულს აქვს მასა და ამიტომ იზიდავს ერთმანეთს. დამუხტულ სხეულებს შეუძლიათ ერთმანეთის მიზიდვა და მოგერიება. ეს თქვენთვის ნაცნობი უმნიშვნელოვანესი ფაქტი ნიშნავს, რომ ბუნებაში არის საპირისპირო ნიშნების ელექტრული მუხტის მქონე ნაწილაკები; ერთი და იგივე ნიშნის მუხტის შემთხვევაში ნაწილაკები მოგერიებენ, სხვადასხვა ნიშნის შემთხვევაში კი იზიდავენ.

ელემენტარული ნაწილაკების მუხტი - პროტონები, რომლებიც ყველა ატომის ბირთვის ნაწილს შეადგენენ დადებითს უწოდებენ და მუხტს ელექტრონები- უარყოფითი. არ არსებობს შიდა განსხვავებები დადებით და უარყოფით მუხტებს შორის. თუ ნაწილაკების მუხტების ნიშნები შებრუნებული იქნებოდა, მაშინ ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების ბუნება საერთოდ არ შეიცვლებოდა.

ელემენტარული მუხტი.

ელექტრონებისა და პროტონების გარდა, არსებობს სხვა სახის დამუხტული ელემენტარული ნაწილაკები. მაგრამ მხოლოდ ელექტრონებსა და პროტონებს შეუძლიათ არსებობდნენ თავისუფალ მდგომარეობაში განუსაზღვრელი ვადით. დანარჩენი დამუხტული ნაწილაკები წამის მემილიონედზე ნაკლებს ცოცხლობენ. ისინი იბადებიან სწრაფი ელემენტარული ნაწილაკების შეჯახების დროს და, რაც არსებობენ უმნიშვნელოდ მოკლე დროში, იშლება, გადაიქცევა სხვა ნაწილაკებად. ამ ნაწილაკებს მე-11 კლასში გაეცნობით.

ნაწილაკები, რომლებსაც არ აქვთ ელექტრული მუხტი, მოიცავს ნეიტრონი. მისი მასა მხოლოდ ოდნავ აღემატება პროტონის მასას. ნეიტრონები პროტონებთან ერთად ატომის ბირთვის ნაწილია. თუ ელემენტარულ ნაწილაკს აქვს მუხტი, მაშინ მისი მნიშვნელობა მკაცრად არის განსაზღვრული.

დამუხტული სხეულებიბუნებაში ელექტრომაგნიტური ძალები დიდ როლს თამაშობენ იმის გამო, რომ ყველა სხეული შეიცავს ელექტრულად დამუხტულ ნაწილაკებს. ატომების შემადგენელ ნაწილებს – ბირთვებსა და ელექტრონებს – აქვთ ელექტრული მუხტი.

სხეულებს შორის ელექტრომაგნიტური ძალების პირდაპირი მოქმედება არ არის გამოვლენილი, რადგან ნორმალურ მდგომარეობაში მყოფი სხეულები ელექტრულად ნეიტრალურია.

ნებისმიერი ნივთიერების ატომი ნეიტრალურია, რადგან მასში არსებული ელექტრონების რაოდენობა უდრის ბირთვში არსებული პროტონების რაოდენობას. დადებითად და უარყოფითად დამუხტული ნაწილაკები ერთმანეთთან დაკავშირებულია ელექტრული ძალებით და ქმნიან ნეიტრალურ სისტემებს.

მაკროსკოპული სხეული ელექტრულად დამუხტულია, თუ იგი შეიცავს ელემენტარული ნაწილაკების ჭარბ რაოდენობას მუხტის რომელიმე ნიშნით. ამრიგად, სხეულის უარყოფითი მუხტი განპირობებულია პროტონების რაოდენობასთან შედარებით ელექტრონების ჭარბი რაოდენობით, ხოლო დადებითი მუხტი ელექტრონების ნაკლებობით.

ელექტრულად დამუხტული მაკროსკოპული სხეულის მისაღებად, ანუ მისი ელექტრიფიკაციისთვის აუცილებელია უარყოფითი მუხტის ნაწილის გამოყოფა მასთან დაკავშირებული დადებითი მუხტისაგან ან უარყოფითი მუხტის გადატანა ნეიტრალურ სხეულზე.

ეს შეიძლება გაკეთდეს ხახუნის გამოყენებით. თუ სავარცხელს მშრალ თმაზე გაივლით, მაშინ ყველაზე მოძრავი დამუხტული ნაწილაკების - ელექტრონების მცირე ნაწილი თმიდან სავარცხლისკენ გადავა და უარყოფითად დამუხტავს, თმა კი დადებითად დაიმუხტება.

ელექტრიფიკაციის დროს მუხტების თანასწორობა

ექსპერიმენტის დახმარებით შეიძლება დადასტურდეს, რომ ხახუნის შედეგად ელექტრიფიცირებული ორივე სხეული იძენს ნიშნით საპირისპირო, მაგრამ სიდიდის იდენტურ მუხტს.

ავიღოთ ელექტრომეტრი, რომლის ღეროზე არის ლითონის სფერო ნახვრეტით და ორი ფირფიტა გრძელ სახელურებზე: ერთი მყარი რეზინისგან, მეორე კი პლექსიგლასისგან. ერთმანეთზე შეხებისას ფირფიტები ელექტრიფიცირებული ხდება.

მოდი, ერთ-ერთი ფირფიტა სფეროს შიგნით შევიტანოთ მის კედლებზე შეხების გარეშე. თუ ფირფიტა დადებითად არის დამუხტული, მაშინ ელექტრომეტრის ნემსისა და ღეროს ზოგიერთი ელექტრონი მიიზიდავს ფირფიტას და დაგროვდება სფეროს შიდა ზედაპირზე. ამავე დროს, ისარი დაიმუხტება დადებითად და მოშორდება ელექტრომეტრის ღეროს (სურ. 14.2, ა).

თუ სფეროს შიგნით სხვა ფირფიტა შეიტანეთ, პირველი რომ ამოიღეთ, მაშინ სფეროს ელექტრონები და ღერო მოიგერიეთ ფირფიტიდან და ჭარბად დაგროვდება ისრზე. ეს გამოიწვევს ისრის გადახრას ღეროდან და იმავე კუთხით, როგორც პირველ ექსპერიმენტში.

ორივე ფირფიტა სფეროს შიგნით ჩაშვებით, ისრის რაიმე გადახრას საერთოდ ვერ დავაფიქსირებთ (ნახ. 14.2, ბ). ეს ადასტურებს, რომ ფირფიტების მუხტები ტოლია სიდიდით და საპირისპირო ნიშნით.

სხეულების ელექტრიფიკაცია და მისი გამოვლინებები.მნიშვნელოვანი ელექტრიფიკაცია ხდება სინთეზური ქსოვილების ხახუნის დროს. როდესაც მშრალ ჰაერზე სინთეტიკური მასალისგან დამზადებულ პერანგს იხსნით, გესმით დამახასიათებელი ხრაშუნის ხმა. წვრილი ნაპერწკლები ხტუნავს ხახუნის ზედაპირების დამუხტულ უბნებს შორის.

სტამბებში ბეჭდვისას ქაღალდი ელექტრიფიცირებულია და ფურცლები ერთმანეთს ეწებება. ამის თავიდან ასაცილებლად სპეციალური მოწყობილობები გამოიყენება დამუხტვის გასადინებლად. თუმცა, მჭიდრო კონტაქტში მყოფი სხეულების ელექტრიფიკაცია ზოგჯერ გამოიყენება, მაგალითად, ელექტროკოპირების სხვადასხვა დანადგარებში და ა.შ.

ელექტრული მუხტის შენარჩუნების კანონი.

ფირფიტების ელექტრიფიკაციის გამოცდილება ადასტურებს, რომ ხახუნის გზით ელექტრიფიკაციის დროს ხდება არსებული მუხტების გადანაწილება სხეულებს შორის, რომლებიც ადრე ნეიტრალური იყო. ელექტრონების მცირე ნაწილი გადადის ერთი სხეულიდან მეორეზე. ამ შემთხვევაში ახალი ნაწილაკები არ ჩნდება და უკვე არსებული არ ქრება.

როდესაც სხეულები ელექტრიფიცირებულია, ელექტრული მუხტის შენარჩუნების კანონი. ეს კანონი მოქმედებს სისტემაზე, რომელშიც დამუხტული ნაწილაკები არ შედიან გარედან და საიდანაც ისინი არ ტოვებენ, ე.ი. იზოლირებული სისტემა.

იზოლირებულ სისტემაში ყველა სხეულის მუხტების ალგებრული ჯამი შენარჩუნებულია.

q 1 + q 2 + q 3 + ... + q n = კონსტ. (14.1)

სადაც q 1, q 2 და ა.შ არის ცალკეული დამუხტული ორგანოების მუხტები.

მუხტის შენარჩუნების კანონს ღრმა მნიშვნელობა აქვს. თუ დამუხტული ელემენტარული ნაწილაკების რაოდენობა არ იცვლება, მაშინ მუხტის შენარჩუნების კანონის შესრულება აშკარაა. მაგრამ ელემენტარულ ნაწილაკებს შეუძლიათ ერთმანეთში გარდაქმნა, დაბადება და გაქრობა, ახალ ნაწილაკებს სიცოცხლე მისცეს.

თუმცა, ყველა შემთხვევაში დამუხტული ნაწილაკები იბადებიან მხოლოდ წყვილებში ერთი და იგივე სიდიდის და საპირისპირო ნიშნით; დამუხტული ნაწილაკები ასევე ქრება მხოლოდ წყვილებში, გადაიქცევა ნეიტრალურ ნაწილებად. და ყველა ამ შემთხვევაში, ბრალდების ალგებრული ჯამი იგივე რჩება.

მუხტის შენარჩუნების კანონის მართებულობა დასტურდება ელემენტარული ნაწილაკების გარდაქმნების უზარმაზარი რაოდენობის დაკვირვებით. ეს კანონი გამოხატავს ელექტრული მუხტის ერთ-ერთ ფუნდამენტურ თვისებას. ბრალდების დაკავების მიზეზი ჯერჯერობით უცნობია.

ელექტრონი არის ელემენტარული ნაწილაკი, რომელიც მატერიის აგებულების ერთ-ერთი მთავარი ერთეულია. ელექტრონის მუხტი უარყოფითია. ყველაზე ზუსტი გაზომვები გაკეთდა მეოცე საუკუნის დასაწყისში მილიკანმა და იოფემ.

ელექტრონის მუხტი უდრის მინუს 1,602176487 (40)*10 -1 9 C.

სხვა უმცირესი ნაწილაკების ელექტრული მუხტი იზომება ამ მნიშვნელობით.

ელექტრონის ზოგადი კონცეფცია

ნაწილაკების ფიზიკა ამბობს, რომ ელექტრონი განუყოფელია და არ აქვს სტრუქტურა. ის ჩართულია ელექტრომაგნიტურ და გრავიტაციულ პროცესებში და მიეკუთვნება ლეპტონების ჯგუფს, ისევე როგორც მისი ანტინაწილაკი, პოზიტრონი. სხვა ლეპტონებს შორის მას აქვს ყველაზე მსუბუქი წონა. თუ ელექტრონები და პოზიტრონები ერთმანეთს ეჯახებიან, ეს იწვევს მათ განადგურებას. ასეთი წყვილი შეიძლება წარმოიშვას ნაწილაკების გამა კვანტურიდან.

სანამ ნეიტრინოებს გაზომავდნენ, ელექტრონი ითვლებოდა ყველაზე მსუბუქ ნაწილაკად. კვანტურ მექანიკაში იგი კლასიფიცირდება როგორც ფერმიონი. ელექტრონს ასევე აქვს მაგნიტური მომენტი. თუ მასში პოზიტრონიც შედის, მაშინ პოზიტრონი იყოფა დადებითად დამუხტულ ნაწილაკად, ხოლო ელექტრონს ნეგატრონი ეწოდება, როგორც უარყოფითი მუხტის მქონე ნაწილაკი.

ელექტრონების შერჩეული თვისებები

ელექტრონები კლასიფიცირდება როგორც ლეპტონების პირველი თაობა, ნაწილაკების და ტალღების თვისებებით. თითოეული მათგანი დაჯილდოებულია კვანტური მდგომარეობით, რომელიც განისაზღვრება ენერგიის გაზომვით, სპინის ორიენტაციისა და სხვა პარამეტრებით. მისი კუთვნილება ფერმიონებთან ვლინდება ორი ელექტრონის ერთსა და იმავე კვანტურ მდგომარეობაში ყოფნის შეუძლებლობის გამო (პაულის პრინციპის მიხედვით).

იგი შესწავლილია ისევე, როგორც პერიოდული კრისტალური პოტენციალის კვაზინაწილაკი, რომლის ეფექტური მასა შეიძლება მნიშვნელოვნად განსხვავდებოდეს მოსვენებულ მდგომარეობაში მყოფი მასისგან.

ელექტრონების მოძრაობით ხდება ელექტრული დენი, მაგნეტიზმი და თერმული ემფ. მოძრაობისას ელექტრონის მუხტი ქმნის მაგნიტურ ველს. თუმცა, გარე მაგნიტური ველი ახვევს ნაწილაკს სწორი მიმართულებიდან. აჩქარებისას ელექტრონი იძენს ენერგიის შთანთქმის ან გამოსხივების უნარს ფოტონის სახით. მისი სიმრავლე შედგება ელექტრონული ატომური ჭურვისაგან, რომელთა რაოდენობა და მდებარეობა განსაზღვრავს ქიმიურ თვისებებს.

ატომური მასა ძირითადად შედგება ბირთვული პროტონებისა და ნეიტრონებისგან, ხოლო ელექტრონების მასა შეადგენს მთლიანი ატომის წონის დაახლოებით 0,06%-ს. ელექტრული კულონის ძალა არის ერთ-ერთი მთავარი ძალა, რომელსაც შეუძლია ელექტრონი ბირთვთან ახლოს დაიჭიროს. მაგრამ როდესაც მოლეკულები იქმნება ატომებისგან და წარმოიქმნება ქიმიური ბმები, ელექტრონები გადანაწილდებიან ახალ წარმოქმნილ სივრცეში.

ნუკლეონები და ჰადრონები მონაწილეობენ ელექტრონების გამოჩენაში. რადიოაქტიური თვისებების მქონე იზოტოპებს შეუძლიათ ელექტრონების გამოსხივება. ლაბორატორიებში ამ ნაწილაკების შესწავლა შესაძლებელია სპეციალური ინსტრუმენტების გამოყენებით და, მაგალითად, ტელესკოპებს შეუძლიათ მათგან გამოსხივების აღმოჩენა პლაზმის ღრუბლებში.

გახსნა

ელექტრონი აღმოაჩინეს გერმანელმა ფიზიკოსებმა მეცხრამეტე საუკუნეში, როდესაც ისინი სწავლობდნენ სხივების კათოდური თვისებებს. შემდეგ სხვა მეცნიერებმა დაიწყეს მისი უფრო დეტალური შესწავლა, აიყვანეს ცალკე ნაწილაკების რანგში. შესწავლილი იქნა რადიაცია და მასთან დაკავშირებული სხვა ფიზიკური მოვლენები.

მაგალითად, ტომსონის ხელმძღვანელობით ჯგუფმა შეაფასა ელექტრონის მუხტი და კათოდური სხივის მასა, რომელთა ურთიერთობა, როგორც აღმოაჩინეს, არ არის დამოკიდებული მატერიალურ წყაროზე.
და ბეკერელმა აღმოაჩინა, რომ მინერალები დამოუკიდებლად ასხივებენ გამოსხივებას და მათ ბეტა სხივებს შეუძლიათ გადახტომა ელექტრული ველის მოქმედებით, ხოლო მასა და მუხტი ინარჩუნებს იგივე თანაფარდობას, როგორც კათოდური სხივების.

ატომური თეორია

ამ თეორიის თანახმად, ატომი შედგება ბირთვისა და ელექტრონებისგან მის გარშემო, რომლებიც განლაგებულია ღრუბელში. ისინი იმყოფებიან ენერგიის გარკვეულ კვანტიზებულ მდგომარეობებში, რომელთა ცვლილებას თან ახლავს ფოტონების შთანთქმის ან გამოსხივების პროცესი.

Კვანტური მექანიკა

მეოცე საუკუნის დასაწყისში ჩამოყალიბდა ჰიპოთეზა, რომლის მიხედვითაც მატერიალურ ნაწილაკებს აქვთ როგორც თავად ნაწილაკების, ისე ტალღების თვისებები. სინათლე ასევე შეიძლება გამოჩნდეს ტალღის (მას დე ბროლის ტალღას უწოდებენ) და ნაწილაკების (ფოტონების) სახით.

შედეგად ჩამოყალიბდა ცნობილი შრედინგერის განტოლება, რომელიც აღწერდა ელექტრონული ტალღების გავრცელებას. ამ მიდგომას ეწოდა კვანტური მექანიკა. იგი გამოიყენებოდა წყალბადის ატომში ენერგიის ელექტრონული მდგომარეობის გამოსათვლელად.

ელექტრონის ფუნდამენტური და კვანტური თვისებები

ნაწილაკი ავლენს ფუნდამენტურ და კვანტურ თვისებებს.

ფუნდამენტურები მოიცავს მასას (9.109 * 10 -31 კილოგრამი), ელემენტარულ ელექტრულ მუხტს (ანუ დამუხტვის მინიმალურ ნაწილს). დღემდე ჩატარებული გაზომვების მიხედვით, ელექტრონი არ შეიცავს ელემენტებს, რომლებსაც შეუძლიათ მისი ქვესტრუქტურის გამოვლენა. მაგრამ ზოგიერთი მეცნიერი ფიქრობს, რომ ეს არის წერტილის მსგავსი დამუხტული ნაწილაკი. როგორც სტატიის დასაწყისშია მითითებული, ელექტრონული ელექტრული მუხტი არის -1.602 * 10 -19 C.

ნაწილაკად ყოფნისას ელექტრონი შეიძლება ერთდროულად იყოს ტალღა. ექსპერიმენტი ორი ჭრილით ადასტურებს მისი ერთდროულად გავლის შესაძლებლობას ორივე მათგანში. ეს ეწინააღმდეგება ნაწილაკების თვისებებს, სადაც მხოლოდ ერთ ჭრილში გავლა შესაძლებელია ერთდროულად.

ითვლება, რომ ელექტრონებს აქვთ იგივე ფიზიკური თვისებები. ამიტომ, მათი გადაწყობა, კვანტური მექანიკის თვალსაზრისით, არ იწვევს სისტემის მდგომარეობის ცვლილებას. ელექტრონული ტალღის ფუნქცია ანტისიმეტრიულია. ამიტომ, მისი ამონახსნები ქრება, როდესაც იდენტური ელექტრონები მოხვდება იმავე კვანტურ მდგომარეობაში (პაულის პრინციპი).

ნებისმიერი ექსპერიმენტულად დაკვირვებული ელექტრული მუხტი ყოველთვის არის ერთი ელემენტის ჯერადი- ეს ვარაუდი გამოთქვა ბ. ფრანკლინმა 1752 წელს და შემდგომში არაერთხელ იქნა გამოცდილი ექსპერიმენტულად. ელემენტარული მუხტი პირველად ექსპერიმენტულად გაზომა მილიკანმა 1910 წელს.

ის ფაქტი, რომ ელექტრული მუხტი ბუნებაში ხდება მხოლოდ ელემენტარული მუხტების მთელი რიცხვის სახით, შეიძლება ეწოდოს ელექტრული მუხტის კვანტიზაცია. ამავდროულად, კლასიკურ ელექტროდინამიკაში მუხტის კვანტიზაციის მიზეზების საკითხი არ განიხილება, რადგან მუხტი არის გარე პარამეტრი და არა დინამიური ცვლადი. დამაკმაყოფილებელი ახსნა იმისა, თუ რატომ უნდა მოხდეს მუხტის კვანტიზაცია, ჯერ არ არის ნაპოვნი, მაგრამ არაერთი საინტერესო დაკვირვება უკვე მიღებულია.

ფრაქციული ელექტრული მუხტი

ფრაქციული ელექტრული მუხტის მქონე გრძელვადიანი თავისუფალი ობიექტების განმეორებითმა ძიებამ, რომელიც განხორციელდა სხვადასხვა მეთოდით ხანგრძლივი დროის განმავლობაში, არ გამოიღო შედეგი.

თუმცა, აღსანიშნავია, რომ კვაზინაწილაკების ელექტრული მუხტი შეიძლება ასევე არ იყოს მთლიანის ჯერადი. კერძოდ, წილადი ელექტრული მუხტის მქონე კვაზინაწილაკები პასუხისმგებელნი არიან ჰოლის ფრაქციულ კვანტურ ეფექტზე.

ელემენტარული ელექტრული მუხტის ექსპერიმენტული განსაზღვრა

ავოგადროს რიცხვი და ფარადეის მუდმივი

ჯოზეფსონის ეფექტი და ფონ კლიცინგის მუდმივი

ელემენტარული მუხტის გაზომვის კიდევ ერთი ზუსტი მეთოდია მისი გამოთვლა კვანტური მექანიკის ორ ეფექტზე: ჯოზეფსონის ეფექტი, რომელიც წარმოქმნის ძაბვის რყევებს კონკრეტულ სუპერგამტარ სტრუქტურაში და კვანტური ჰოლის ეფექტი, ჰოლის წინააღმდეგობის ან გამტარობის კვანტური ეფექტი. ორგანზომილებიანი ელექტრონული გაზი ძლიერ მაგნიტურ ველებში და დაბალ ტემპერატურაზე. ჯოზეფსონი მუდმივი

სად თ- პლანკის მუდმივი, შეიძლება გაიზომოს უშუალოდ ჯოზეფსონის ეფექტის გამოყენებით.

შეიძლება გაიზომოს უშუალოდ კვანტური ჰოლის ეფექტის გამოყენებით.

ამ ორი მუდმივიდან შეიძლება გამოვთვალოთ ელემენტარული მუხტის სიდიდე:

იხილეთ ასევე

შენიშვნები

1. ელემენტარული მუხტი(ინგლისური) . NIST მითითება მუდმივებზე, ერთეულებზე და გაურკვევლობაზე. . წაკითხვის თარიღი: 2016 წლის 20 მაისი.
2. მნიშვნელობა SGSE ერთეულებში მოცემულია CODATA მნიშვნელობის კულონებში ხელახალი გაანგარიშების შედეგად, იმის გათვალისწინებით, რომ კულონი ზუსტად უდრის 2,997,924,580 ერთეულს ელექტრული მუხტის SGSE-ს (ფრანკლინი ან სტატკულონი).
3. ტომილინი K.A.ფუნდამენტური ფიზიკური მუდმივები ისტორიულ და მეთოდოლოგიურ ასპექტებში. - M.: Fizmatlit, 2006. - გვ. 96-105. - 368 გვ. - 400 ეგზემპლარი. - ISBN 5-9221-0728-3.
4. კომპოზიტური პრეონების ტოპოლოგიური მოდელი (მიუწვდომელია ბმული) es.arXiv.org
5. ვ.მ. აბაზოვი და სხვ.(DØ თანამშრომლობა) (2007). „ექსპერიმენტული დისკრიმინაცია ბრალდებას 2-ს შორის ე/3 ზედა კვარკი და მუხტი 4 ე/3 ეგზოტიკური კვარკის წარმოების სცენარი. ფიზიკური მიმოხილვის წერილები. 98 (4): 041801.

სხეულის გრავიტაციული მასის კონცეფციის მსგავსად ნიუტონის მექანიკაში, მუხტის კონცეფცია ელექტროდინამიკაში არის პირველადი, ძირითადი კონცეფცია.

Ელექტრული მუხტი არის ფიზიკური სიდიდე, რომელიც ახასიათებს ნაწილაკების ან სხეულების თვისებას, შევიდნენ ელექტრომაგნიტური ძალის ურთიერთქმედებაში.

ელექტრო მუხტი ჩვეულებრივ ასოებით არის წარმოდგენილი ქან ქ.

ყველა ცნობილი ექსპერიმენტული ფაქტის ერთობლიობა საშუალებას გვაძლევს გამოვიტანოთ შემდეგი დასკვნები:

არსებობს ორი სახის ელექტრული მუხტი, რომელსაც პირობითად უწოდებენ დადებით და უარყოფითს.

მუხტების გადატანა შესაძლებელია (მაგალითად, პირდაპირი კონტაქტით) ერთი სხეულიდან მეორეზე. სხეულის მასისგან განსხვავებით, ელექტრული მუხტი არ არის მოცემული სხეულის განუყოფელი მახასიათებელი. ერთსა და იმავე სხეულს სხვადასხვა პირობებში შეიძლება ჰქონდეს განსხვავებული მუხტი.

ისევე როგორც მუხტების მოგერიება, განსხვავებით მუხტების მოზიდვა. ეს ასევე ავლენს ფუნდამენტურ განსხვავებას ელექტრომაგნიტურ ძალებსა და გრავიტაციულ ძალებს შორის. გრავიტაციული ძალები ყოველთვის მიმზიდველი ძალებია.

ბუნების ერთ-ერთი ფუნდამენტური კანონი ექსპერიმენტულად დადგენილია ელექტრული მუხტის შენარჩუნების კანონი .

იზოლირებულ სისტემაში ყველა სხეულის მუხტების ალგებრული ჯამი მუდმივი რჩება:

ელექტრული მუხტის კონსერვაციის კანონი ამბობს, რომ სხეულების დახურულ სისტემაში არ შეინიშნება მხოლოდ ერთი ნიშნის მუხტის შექმნის ან გაქრობის პროცესები.

თანამედროვე თვალსაზრისით, მუხტის მატარებლები ელემენტარული ნაწილაკებია. ყველა ჩვეულებრივი სხეული შედგება ატომებისგან, რომლებიც მოიცავს დადებითად დამუხტულ პროტონებს, უარყოფითად დამუხტულ ელექტრონებს და ნეიტრალურ ნაწილაკებს - ნეიტრონებს. პროტონები და ნეიტრონები ატომური ბირთვების ნაწილია, ელექტრონები ქმნიან ატომების ელექტრონულ გარსს. პროტონისა და ელექტრონის ელექტრული მუხტები სიდიდით ზუსტად იგივეა და ელემენტარული მუხტის ტოლია ე.

ნეიტრალურ ატომში პროტონების რაოდენობა ბირთვში ტოლია ელექტრონების რაოდენობას გარსში. ამ ნომერს ეძახიან ატომური ნომერი . მოცემული ნივთიერების ატომმა შეიძლება დაკარგოს ერთი ან მეტი ელექტრონი ან მოიპოვოს დამატებითი ელექტრონი. ამ შემთხვევებში ნეიტრალური ატომი იქცევა დადებითად ან უარყოფითად დამუხტულ იონად.

მუხტი შეიძლება გადავიდეს ერთი სხეულიდან მეორეზე მხოლოდ იმ ნაწილებში, რომლებიც შეიცავს ელემენტარული მუხტების მთელ რაოდენობას. ამრიგად, სხეულის ელექტრული მუხტი არის დისკრეტული რაოდენობა:

ფიზიკურ სიდიდეებს, რომლებსაც შეუძლიათ მხოლოდ მნიშვნელობების დისკრეტული სერიის მიღება, ეწოდება კვანტური . ელემენტარული მუხტი ეარის ელექტრული მუხტის კვანტური (უმცირესი ნაწილი). უნდა აღინიშნოს, რომ ელემენტარული ნაწილაკების თანამედროვე ფიზიკაში ვარაუდობენ ეგრეთ წოდებულ კვარკების არსებობას - ნაწილაკების წილადი მუხტის მქონე და თუმცა, კვარკები ჯერ არ დაფიქსირებულა თავისუფალ მდგომარეობაში.

საერთო ლაბორატორიულ ექსპერიმენტებში ა ელექტრომეტრი ( ან ელექტროსკოპი) - მოწყობილობა, რომელიც შედგება ლითონის ღეროსა და მაჩვენებლისგან, რომელსაც შეუძლია ბრუნოს ჰორიზონტალური ღერძის გარშემო (ნახ. 1.1.1). ისრის ჯოხი იზოლირებულია ლითონის კორპუსისგან. როდესაც დამუხტული სხეული შედის ელექტრომეტრულ ღეროსთან კონტაქტში, იმავე ნიშნის ელექტრული მუხტები ნაწილდება ღეროსა და მაჩვენებელზე. ელექტრული მოგერიების ძალები იწვევენ ნემსის ბრუნვას გარკვეული კუთხით, რითაც შეიძლება ვიმსჯელოთ ელექტრომეტრის ღეროზე გადატანილი მუხტის შესახებ.

ელექტრომეტრი საკმაოდ უხეში ინსტრუმენტია; ის არ იძლევა საშუალებას შევისწავლოთ მუხტებს შორის ურთიერთქმედების ძალები. სტაციონარული მუხტების ურთიერთქმედების კანონი პირველად აღმოაჩინა ფრანგმა ფიზიკოსმა ჩარლზ კულომმა 1785 წელს. თავის ექსპერიმენტებში კულომმა გაზომა დამუხტული ბურთების მიზიდულობისა და მოგერიების ძალები მის მიერ შემუშავებული მოწყობილობის გამოყენებით - ბრუნვის ბალანსი (ნახ. 1.1.2). , რომელიც გამოირჩეოდა უაღრესად მაღალი მგრძნობელობით. მაგალითად, ბალანსის სხივი შემოტრიალდა 1°-ით 10 -9 ნ რიგის ძალის გავლენით.

გაზომვების იდეა ეფუძნებოდა კულონის ბრწყინვალე ვარაუდს, რომ თუ დამუხტული ბურთი მოხვდება კონტაქტში ზუსტად იმავე დაუმუხტავთან, მაშინ პირველის მუხტი მათ შორის თანაბრად გაიყოფა. ამრიგად, მითითებული იყო ბურთის მუხტის შეცვლა ორჯერ, სამჯერ და ა.შ. კულონის ექსპერიმენტებში გაზომეს ურთიერთქმედება ბურთებს შორის, რომელთა ზომები გაცილებით მცირე იყო, ვიდრე მათ შორის მანძილი. ასეთ დამუხტულ სხეულებს ჩვეულებრივ უწოდებენ ქულების გადასახადი.

წერტილის დატენვა დამუხტულ სხეულს უწოდებენ, რომლის ზომები შეიძლება უგულებელვყოთ ამ პრობლემის პირობებში.

მრავალი ექსპერიმენტის საფუძველზე კულომმა დაადგინა შემდეგი კანონი:

სტაციონარულ მუხტებს შორის ურთიერთქმედების ძალები პირდაპირპროპორციულია მუხტის მოდულების ნამრავლისა და უკუპროპორციულია მათ შორის მანძილის კვადრატისა:

ურთიერთქმედების ძალები ემორჩილებიან ნიუტონის მესამე კანონს:

ისინი არიან მომგერიებელი ძალები მუხტის იგივე ნიშნებით და მიმზიდველი ძალები სხვადასხვა ნიშნით (ნახ. 1.1.3). სტაციონარული ელექტრული მუხტების ურთიერთქმედება ე.წ ელექტროსტატიკური ან კულონი ურთიერთქმედება. ელექტროდინამიკის განყოფილებას, რომელიც სწავლობს კულონის ურთიერთქმედებას, ეწოდება ელექტროსტატიკა .

კულონის კანონი მოქმედებს წერტილით დამუხტული სხეულებისთვის. პრაქტიკაში, კულონის კანონი კარგად არის დაკმაყოფილებული, თუ დამუხტული სხეულების ზომები მათ შორის მანძილს გაცილებით მცირეა.

პროპორციულობის ფაქტორი კკულონის კანონში დამოკიდებულია ერთეულების სისტემის არჩევანზე. საერთაშორისო SI სისტემაში მუხტის ერთეული აღებულია გულსაკიდი(Cl).

გულსაკიდი არის მუხტი, რომელიც გადის 1 წამში გამტარის ჯვარედინი მონაკვეთზე 1 ა დენის სიძლიერით. დენის ერთეული (ამპერი) SI-ში არის სიგრძის, დროისა და მასის ერთეულებთან ერთად. საზომი ძირითადი ერთეული.

კოეფიციენტი კ SI სისტემაში ჩვეულებრივ იწერება როგორც:

სად - ელექტრული მუდმივი .

SI სისტემაში ელემენტარული მუხტი ეტოლია:

გამოცდილება აჩვენებს, რომ კულონის ურთიერთქმედების ძალები ემორჩილებიან სუპერპოზიციის პრინციპს:

თუ დამუხტული სხეული ურთიერთქმედებს ერთდროულად რამდენიმე დამუხტულ სხეულთან, მაშინ მოცემულ სხეულზე მოქმედი ძალა უდრის ამ სხეულზე მოქმედი ძალების ვექტორულ ჯამს ყველა სხვა დამუხტული სხეულებისგან.

ბრინჯი. 1.1.4 განმარტავს სუპერპოზიციის პრინციპს სამი დამუხტული სხეულის ელექტროსტატიკური ურთიერთქმედების მაგალითის გამოყენებით.

სუპერპოზიციის პრინციპი ბუნების ფუნდამენტური კანონია. თუმცა, მისი გამოყენება მოითხოვს გარკვეულ სიფრთხილეს, როდესაც ვსაუბრობთ სასრული ზომის დამუხტული სხეულების ურთიერთქმედების შესახებ (მაგალითად, ორი გამტარი დამუხტული ბურთი 1 და 2). თუ მესამე დამუხტული ბურთი მიიტანეს ორი დამუხტული ბურთის სისტემაში, მაშინ ურთიერთქმედება 1-სა და 2-ს შორის შეიცვლება იმის გამო, რომ გადასახადის გადანაწილება.

სუპერპოზიციის პრინციპი ამბობს, რომ როდესაც მოცემული (ფიქსირებული) მუხტის განაწილებაყველა სხეულზე, ნებისმიერ ორ სხეულს შორის ელექტროსტატიკური ურთიერთქმედების ძალები არ არის დამოკიდებული სხვა დამუხტული სხეულების არსებობაზე.

ელემენტარული ელექტრული მუხტი ელემენტარული ელექტრული მუხტი

(ე), მინიმალური ელექტრული მუხტი, დადებითი ან უარყოფითი, რომლის სიდიდე ე≈4.8·10 -10 SGSE ერთეული, ან 1.6·10 -19 კლ. თითქმის ყველა დამუხტულ ელემენტარულ ნაწილაკს აქვს მუხტი + ეან - ე(გამონაკლისია ზოგიერთი რეზონანსი მუხტით, რომელიც არის მრავალჯერადი ე); ნაწილაკები წილადი ელექტრული მუხტით არ შეიმჩნევა, თუმცა ძლიერი ურთიერთქმედების თანამედროვე თეორიაში - კვანტურ ქრომოდინამიკაში - ვარაუდობენ კვარკების არსებობას - ნაწილაკები მუხტით 1/3-ის ჯერადი. ე.

ELEMENTARY ELECTRIC CHARGE ( ე), მინიმალური ელექტრული მუხტი, დადებითი ან უარყოფითი, ელექტრონის მუხტის ტოლი.
ვარაუდი, რომ ექსპერიმენტში დაფიქსირებული ნებისმიერი ელექტრული მუხტი ყოველთვის არის ელემენტარული მუხტის ჯერადი, გამოთქვა ბ. ფრანკლინმა. (სმ.ფრანკლინი ბენჯამინი) 1752 წელს მ.ფარადეის ექსპერიმენტების წყალობით (სმ.ფარადეი მაიკლ)ელექტროლიზის მიხედვით, ელემენტარული მუხტის სიდიდე გამოითვალა 1834 წელს. ელემენტარული ელექტრული მუხტის არსებობაზე ასევე მიუთითა 1874 წელს ინგლისელმა მეცნიერმა ჯ.სტოუნიმ. მან ასევე შემოიტანა "ელექტრონის" კონცეფცია ფიზიკაში და შესთავაზა მეთოდი ელემენტარული მუხტის მნიშვნელობის გამოსათვლელად. პირველად, ელემენტარული ელექტრული მუხტი ექსპერიმენტულად გაზომა რ. მილიკანმა (სმ.მილიკენი რობერტ ენდრიუსი) 1908 წელს
ბუნებაში ელემენტარული ელექტრული მუხტის მატერიალური მატარებლები არის დამუხტული ელემენტარული ნაწილაკები (სმ. ELEMENTARY PARTICLES).
Ელექტრული მუხტი (სმ.ᲔᲚᲔᲥᲢᲠᲣᲚᲘ ᲛᲣᲮᲢᲘ)ნებისმიერი მიკროსისტემის და მაკროსკოპული სხეულების ყოველთვის ტოლია სისტემაში შემავალი ელემენტარული მუხტების ალგებრული ჯამის, ანუ e (ან ნულის) მნიშვნელობის მთელი რიცხვი.
ელემენტარული ელექტრული მუხტის აბსოლუტური მნიშვნელობის ამჟამად დადგენილი მნიშვნელობა (სმ. ELEMENTARY ELECTRIC CHARGE)არის e = (4.8032068 0.0000015) . 10 -10 SGSE ერთეული, ანუ 1.60217733. 10-19 კლასი. ფორმულის გამოყენებით გამოთვლილი ელემენტარული ელექტრული მუხტის მნიშვნელობა, გამოხატული ფიზიკური მუდმივებით, იძლევა ელემენტარული ელექტრული მუხტის მნიშვნელობას: e = 4.80320419(21) . 10 -10, ან: e = 1.602176462(65). 10-19 კლასი.
ითვლება, რომ ეს მუხტი ჭეშმარიტად ელემენტარულია, ანუ ის არ შეიძლება დაიყოს ნაწილებად და ნებისმიერი ობიექტის მუხტები მისი მთელი რიცხვებია. ელემენტარული ნაწილაკების ელექტრული მუხტი მისი ფუნდამენტური მახასიათებელია და არ არის დამოკიდებული საცნობარო სისტემის არჩევანზე. ელემენტარული ელექტრული მუხტი ზუსტად უდრის ელექტრონის, პროტონის და თითქმის ყველა სხვა დამუხტული ელემენტარული ნაწილაკების ელექტრული მუხტის მნიშვნელობას, რომლებიც, ამრიგად, ბუნებაში ყველაზე მცირე მუხტის მატერიალური მატარებლები არიან.
არსებობს დადებითი და უარყოფითი ელემენტარული ელექტრული მუხტი, ხოლო ელემენტარულ ნაწილაკსა და მის ანტინაწილაკს აქვთ საპირისპირო ნიშნების მუხტები. ელემენტარული უარყოფითი მუხტის მატარებელია ელექტრონი, რომლის მასა არის მე = 9,11. 10-31 კგ. ელემენტარული დადებითი მუხტის მატარებელია პროტონი, რომლის მასა არის mp = 1,67. 10-27 კგ.
ის ფაქტი, რომ ელექტრული მუხტი ბუნებაში ჩნდება მხოლოდ ელემენტარული მუხტების მთელი რიცხვის სახით, შეიძლება ეწოდოს ელექტრული მუხტის კვანტიზაცია. თითქმის ყველა დამუხტულ ელემენტარულ ნაწილაკს აქვს მუხტი e - ან e + (გამონაკლისია ზოგიერთი რეზონანსი მუხტით, რომელიც არის e-ის ჯერადი); ნაწილაკები წილადი ელექტრული მუხტით არ შეიმჩნევა, თუმცა ძლიერი ურთიერთქმედების თანამედროვე თეორიაში - კვანტურ ქრომოდინამიკაში - ნაწილაკების - კვარკების - 1/3-ზე გაყოფილი მუხტების არსებობა ვარაუდობენ. ე.
ელემენტარული ელექტრული მუხტი არ შეიძლება განადგურდეს; ეს ფაქტი წარმოადგენს მიკროსკოპულ დონეზე ელექტრული მუხტის შენარჩუნების კანონის შინაარსს. ელექტრული მუხტი შეიძლება გაქრეს და კვლავ გამოჩნდეს. თუმცა, საპირისპირო ნიშნების ორი ელემენტარული მუხტი ყოველთვის ჩნდება ან ქრება.
ელემენტარული ელექტრული მუხტის სიდიდე არის ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების მუდმივი და შედის მიკროსკოპული ელექტროდინამიკის ყველა განტოლებაში.