Elektrik sahəsinin qüvvəsi

 İçərisində yerləşdirilmiş elektrik yüklərinə müəyyən mexaniki qüvvə ilə təsir göstərən fəzaya elektrik sahəsi deyilir. Elektrik sahəsinin hər bir nöqtəsində, oraya yerləşdiriləcək vahid müsbət elektrik miqdarına təsir edən mexaniki bir qüvvə vardır. Elektrik sahəsini əmələ gətirən səbəb–elektrik miqdarıdır. Əgər elektrik yükü müşahidəçiyə nəzərən hərəkətsiz olursa, onun öz ətrafında əmələ gətirdiyi elektrik sahəsi elektrostatik sahə adlanır. Elektrik sahəsini öyrənmək üçün əsas əlamət, onun hasil etdiyi mexaniki qüvvəni öyrənməkdir. Həmin mexaniki qüvvənin qiyməti, həmin sahə içərisinə gətirilmiş elektrik yükünün qiymətindən asılıdır. Sahənin istiqaməti isə müsbət elektrik yükünə təsir edən elektrik qüvvəsinin istiqaməti kimi qəbul olunur. Elektrik sahəsində alınan mexaniki qüvvələr müxtəlif mühitlərdə müxtəlif qiymətdə olur. Keçirici mühitdə əmələ gətirilən elektrik sahəsi elektrik cərəyanı əmələ gətirir. Əgər elektrik sahəsi keçiriciliyi olmayan, və ya dielektrik mühitdə yaradılırsa, o zaman burada elektrik yüklərinin ancaq ani və sonsuz kiçik yerdəyişmə hadisəsi olacaqdır. Beləliklə, dielektrik mühitdə elektrik sahəsi əmələ gəlməsi, o mühitdə müəyyən deformasiyanın yaranması, və ya gərgin vəziyyət alınması ilə nəticələnəcəkdir. Elektrik sahəsi yaratmaq, elektrik yükünün ayrılmaz bir xassəsidir. Elektrik sahəsi istər fəzada, istərsə də dielektrik mühitdə birdən-birə deyil, müəyyən zaman içərisində və müəyyən qədər enerjinin toplanması hesabına əmələ gəlir. Elektrik sahəsini kəmiyyət tərəfdən öyrənmək üçün ən əvvəl bir nöqtəyə toplanmış elektrik yükünün yaratdığı sahəni araşdıraq. Tutaq ki, Q və q yükləri ayrı-ayrı nöqtələrdə yerləşmiş elektrik yükləridir (şəkil 1.3).

Belə iki yük arabirləşdirən xətt üzrə yönəldilmiş qarşılıqlı təsir qüvvəsi əmələ gəlir. Bu qüvvənin qiyməti elektrostatikanın əsasını təşkil edən Kulon qanunu vasitəsilə təyin olunur. Həmin qanuna əsasən, yuxarıda göstərilən elektrik yükləri arasındakı qarşılıqlı təsir qüvvəsi aşağıdakı kimi təyin edilir:

Burada r - yüklər arasındakı qısa məsafə; 𝑟𝑜 - yüklər arasındakı məsafənin vahid vektoru; K - vahidlər sistemindən və mühitin fiziki xassələrindən asılı olan əmsaldır. Hər iki elektrik yükünə eyni qiymətdə təsir edən F qüvvəsi yüklərin işarələrindən asılı olaraq, cəzbetmə, və ya dəfetmə qüvvəsi ola bilər. Burada bir yükün o birisinə təsirini müəyyən etmək üçün yüklərdən birini vahid qəbul etmək lazımdır; yəni q = 1. Bu halda alınan qarşılıqlı təsir qüvvəsini E ilə işarə edib aşağıdakı şəkildə alırıq:

Bu ifadə Q elektrik miqdarının vahid elektrik miqdarına etdiyi təsirini həm qiymət və həm də istiqamətcə göstərən bir tənlikdir. Bu kəmiyyətə elektrik sahə qüvvəsi deyilir. Demək, sahə qüvvəsi elektrik sahəsinin vahid elektrik yükünə etdiyi təsirə bərabər bir qüvvədir:

Qeyd etmək lazımdır ki, Kulon qanunundakı K proporsionallıq əmsalı bir tərəfdən mühitin dielektrik keçiliyini, digər tərəfdən isə vahidlər sistemini xarakterizə etməlidir. Buna görə, səmərələşdirilmiş praktiki vahidlər sisteminin 4𝜋 vuruğunu nəzərə almaq şərtilə K əmsalının boşluq üçün qiymətini alırıq:

Dielektrik əmsalı elektrik sahəsi əmələ gələn mühitin, elektrik yüklərinin qarşılıqlı təsiri baxımından fiziki xassələrini təyin edən bir kəmiyyətdir. Elektrik sahəsi boşluqda da əmələ gələ bildiyi üçün boşluğun da öz dielektrik əmsalı olmalıdır. Boşluq üçün həmin əmsal 𝜀0 ilə işarə olunur və Kulon qanunu ifadəsindən aşağıdakı kimi təyin edilir:

alınır.

Vakuumdan fərqli olan hər hansı başqa dielektrik mühitdə əmələ gələn mexaniki qüvvələr boşluğa nəzərən, zəif olduğu üçün hər hansı dielektrik mühitin əmsalı, boşluğun əmsalından bir qədər fərqli olacaqdır. Buna görə, hər hansı dielektrik mühitin dielektrik əmsalın, boşluğun dielektrik əmsalına olan nisbəti 𝜀𝑟=𝜀 /𝜀0 mücərrəd bir ədəd verir. Bu kəmiyyətə nisbi dielektrik əmsalı deyilir. Əgər (1.12) ifadəsinin hər tərəfini 𝜀0 vursaq, o zaman:

alırıq ki, bu da r radiusu ilə çəkilmiş bir kürəvi səth üzərində paylanmış elektrikin səthi sıxlığına bərabərdir. Elektrik miqdarının səthi sıxlığı, ümumiyyətlə:

şəkildə təyin edilir. Çox vaxt elektrik sahəsini xarakterizə etmək üçün sahə qüvvəsi əvəzinə, qiyməti həmin sıxlığa bərabər olan xüsusi bir vektordan istifadə olunur. O zaman bu kəmiyyət D ilə işarələnir, E vektoru ilə bir istiqamətdə nəzərə alınır və elektrik induksiyası, yaxud da yerdəyişmə adlanır. İnduksiya vektorunun boşluq üçün ifadəsi:

ilə təyin olunur. Elektrik sahələrinin araşdırılmasında, induksiya vekto-rundan istifadə etmək daha əlverişlidir.

Elektrik induksiyası elektrik sahələrinin tənliklərini ümumiləşdirməyə, daha doğrusu, onların mühitdən asılı olmamasına imkan yaradan bir anlayışdır. 

(1.16) tənliyindən göründüyü kimi müəyyən sahənin elektrik induksiyası həm boşluq, həm də hər hansı dielektrik mühit üçün eyni qiymət və istiqamətdə olacaqdır. Ümumiyyətlə, bütün sahələri əyani olaraq təsəvvür etmək üçün onları bir sıra xəyali xətlər və səthlərdən ibarət kimi göstərmək lazım gəlir. Elektrik sahəsini də bu şəkildə göstərmək üçün onu xarakterizə edən sahə qüvvəsi və induksiya vektorları ilə eyni istiqamətdə olan və onların həmin istiqamətdəki tətbiq nöqtələrinin birləşdirilməsində alınan bir sıra xətlər təsəvvür etmək lazımdır. Bu xətlər sahəni həm kəmiyyət, həm də keyfiyyətcə xarakterizə etməlidir. Bunlardan birincilərinə qüvvə xətləri, ikincilərinə isə induksiya xətləri deyilir. Qüvvə xətlərinin, eləcə də induksiya xətlərinin sıxlığı, şərti olaraq onların istiqamətinə normal olan vahid səthdən keçən xətlərin sayına bərabər olur və bu qiymət şərti olaraq sahə qüvvəsinə, və ya induksiyaya bərabər qəbul olunur. Buna görə də, elektrik sahəsini ya qüvvə xətləri, ya da induksiya xətləri vasitəsilə tamamilə xarakterizə etmək mümkündür. Buna görə də, sahələrin araşdırılmasında birinci növbədə onların qüvvə, yaxud induksiya xətlərinin istiqamət və sıxlığını müəyyən etmək lazımdır. Misal üçün, nöqtəyə toplanmış yüklərdən yaranan elektrik sahəsi bir mərkəzdən yayılan qüvvə xətlərindən (radius istiqamətli) ibarət düşünüldüyü üçün belə sahəyə çox vaxt radial sahə deyilir.

Müstəvi üzərində müntəzəm paylanmış elektrik yükündən əmələ gələn sahə isə həmin müstəviyə perpendikulyar olan və bir-birinə paralel gedən qüvvə xətlərindən ibarət olduğu üçün bu sahəyə bircinsli sahə adı verilir.

Ardını oxu

Paylaş:    Facebook Twitter Google+ Stumble Digg

Elektrik yükü və elektrik sahəsi

 Elektrik hadisələri  haqqında  ilk   məlumat,  təxminən 2 min il bundan qabaq meydana çıxmışdır. O  zamanlar, mahiyyəti tamamilə məlum olmayan elektriki, ancaq bəzi cisimləri bir-birinə sürtmək yolu ilə əldə edirdilər. Qədim zamanlar şüşəni və sumalanı mahud və dəriyə sürtməklə həmin cisimləri elektrikləşdirmək  mümkün olmuşdur. Lakin sonralar alimlərin çalışması nəticəsində bu elektrikləşdirmə hadisəsi  ətraflı öyrənilmiş  və elektrikin bütün xassələri aşkara çıxarılmışdır.

                                  

Daha sonralar sürtünmə nəticəsində əldə edilən elektrikin iki cins olduğu və bundan əlavə, onların bir-birinə görə əks işarəyə malik olduqları isbat edilmişdir. Rusiyada elektrik yükləri və elektrik təbiətli hadisələr xüsusunda      aparılan      birinci elmi-tədqiqat işləri M.V. Lomonosov və onun əməkdaşları olan F. Epinys ilə Q.V.Rixmana aiddir. Elektriklənmiş cisimlər, və ya elektrik yükləri arasında qarşılıqlı cəzbetmə, yaxud itələmə  qüvvələri əmələ gəlir. Eyni qütblü yüklər bir-birini itələyir, müxtəlif yüklülər isə cəlb edir.  Elektrik yükləri elektrik sahəsinin, hərəkətli yüklər isə maqnit sahəsinin əsasını təşkil edir.

Elektromaqnetik dalğalar elektromaqnetik sahənin həyəcanlanmasıdır və yarandıqdan sonra yük daşıyıcılarından asılı olmayaraq hərəkət edə bilir. Bu qüvvələrin mövcudluğu çoxdan məlumdur. Lakin bunların qiymətini birinci olaraq, 1785-ci ildə fransız alimi Kulon təyin etmışdir. Elektrik yüklərinin nisbətən uzaq məsafədən bir-birinə təsir etməsi onlardan hər birinin ətrafında elektrik sahəsinin əmələ gəlməsini isbat edir. Doğrudan da, elektrik yükləri ətrafındakı mühitlərdə onların cismindən və ölçülərindən asılı olmayaraq, mexaniki qüvvələr sahəsi əmələ gəlir. Bu qüvvələr ancaq həmin mühitlər içərisində daxil edilən başqa elektrik yüklərinə təsir etdikləri üçün əmələ gələn belə sahəyə elektrik sahəsi adı verilmişdir. Elektrik sahəsi, elektrik yükünün ayrılmaz bir hissəsi olub, onu hər tərəfdən əhatə edir və həmişə onunla vəhdət təşkil edir. Buna görə də, elektrik sahəsi maddənin hərəkət şəkillərindən biri kimi qəbul olunmuşdur. Elektrik sahəsi bütün elektrik yüklərinin ətrafında əmələ gəlir, yüklərin ən kiçik və ən birinci nümunəsi elektron və proton olduğu üçün elektrik sahəsinin də ən birinci nümunəsi elektron və proton ətrafında əmələ gələn elementar sahələrdir. Elektrik hadisələrinin ən ibtidai şəkli yun parçaya sürtülmüş kəhrəbanın kiçicik cisimləri cəzb etməsi hələ Qədim Yunanıstanda məlum imiş. Buna görədir ki, “elektrik” istilahının, yunanca kəhrəba mənasını verən ―elektron” sözündən götürüldüyünü qəbul etmək lazım gəlir. Məlum olduğu kimi, birinci dəfə cisimlərin elektrik -ləşdirilməsi, onların bir-birinə sürtülməsi nəticəsində əldə edilmişdir. Sürtülmə nəticəsində hasil edilən elektrikə triboelektrik adı verilmişdir. Əvvəllər elektrik hadisələri olduqca zəif sürətlə öyrənilirdi. XVI əsrin axırlarında Cilbert triboelektrik hadisəsilə məşğul olaraq, bütün cisimləri iki qrupa bölmüşdür: 1. Sürtülmə yolu ilə elektriklənən cisimlər 2. Sürtülmə yolu ilə elektriklənməyən cisimlər. Birinci qrupa, hazırda dielektrik adı verdiyimiz şüşə, mərmər, kəhrəba, qətran, ipək və s. kimi cisimlər daxil olduğu halda, ikinci qrupu təşkil edənlər, əsasən, metallar olmuşdur. Bundan bir əsr sonra Düfey, triboelektrik hadisəsi ilə daha əsaslı surətdə məşğul olmuş və triboelektrikin bir sıra mühüm xassələrini kəşf etmişdir. Bunlardan başlıcası, sürtülən cisimlərin hər ikisində eyni miqdarda, ancaq əks işarəli elektrik əmələ gəlməsidir. Elektrikləşmə cisimlərin ancaq sürtülən yerlərində əmələ gəlir və həmin cisimlərin, cisimdən asılı olaraq, ya onların ancaq sürtülən yerində qalır, ya da ətrafa yayılıb neytrallaşır. Düfey bu elektriklərdən birinə, onların hansı cisimlərdə əmələ gəlməsindən asılı olaraq, ―şüşə elektriki”, ikincisinə isə “qətran elektriki” adı verilmişdir. Həmin elektriklər arasında əmələ gələn qarşılıqlı təsir Düfey tərəfindən aşağıdakı şəkildə ifadə edilmişdir. Eyni adlı elektriklə yüklənmiş cisimlər arasında qarşılıqlı dəfetmə, müxtəlif adlı elektriklərlə yüklənmiş cisimlər arasında isə cəzbetmə qüvvələri əmələ gəlir. XVIII əsrdə Franklin, özündən qabaq görülən işləri yekunlaşdıraraq, şüşə elektrikinə ―müsbət”, qətran elektrikinə isə “mənfi” elektriklər adını vermişdir. Elektrik hadisələri üzərində M.V.Lomonosov və Q.V.Rixmanın apardığı tədqiqat, mahiyyət etibarilə ən dəyərlidir. Bu alimlər hava hissəciklərinin müxtəlif atmosfer cərəyanları zamanı bir-birinə sürtünməsi nəticəsində elektriklənməsini və buradan da ildırım hadisəsinin elektrik təbiətli olmasını isbat etmişlər. Həmin bu dövrdə, cisimlərin elektriklənmə dərəcəsi, daha doğrusu, əmələ gələn elektrikin miqdarı haqqında müəyyən fikirlər oyanmış və elektrik bəhsinə ―elektrik yükü‖ və ―elektrik miqdarı‖ kimi anlayışlar daxil edilmişdi. XVIII əsrdə Peterburq Elmlər Akademiyasının üzvü F.U.Epinus, elektriki maye kimi təsəvvür edərək, ―elektrik maye” nəzəriyyəsini təklif etmişdir. Həmin nəzəriyyəyə əsasən elektrik mayenin kiçicik elektrik hissəciklərindən təşkil olunduğu fərz edilir ki, bunlara da ayrılıqda elektrik yükü, bunların müəyyən toplusuna isə elektrik miqdarı deyilmişdir. Sonralar bu anlayışlar daha da təkmilləşdirilmiş və ən nəhayət, atom və elektron anlayışlarına qədər gəlib çatmışdır. Elektrik hadisələrinin kəmiyyətcə öyrənilməsində birinci ciddi addım Kulon tərəfindən atılmış və elektrik yükləri arasında əmələ gələn cəzbetmə, və ya dəfetmə qüvvələrinin qiyməti təyin edilmişdir (1785-ci ildə). Kulon qanununa görə: Yüklər arasında yaranan qarşılıqlı təsir qüvvəsi həmin yüklərin vurma hasili ilə düz, onlar arasındakı məsafə kvadratı ilə tərs mütənasibdir. Elektrik yüklərinin qarşılıqlı təsiri ilə məşğul olan akademik Epinus ―Elektrostatik induksiya” hadisəsini kəşf etmişdir. Bütün bu hadisələr elektrik yüklərinin uzaqdan təsir göstərmək xassəsinə malik olmasını isbat etmişdir. Bu təsirin mahiyyəti ancaq Faradey tərəfindən verilən “Elektrik sahəsi” nəzəriyyəsi vasitəsilə aydınlaşdırıl-mışdır. Bu nəzəriyyəyə görə, hər bir elektrik yükü, onu əhatə edən mühitdə gərgin bir fiziki vəziyyət törədir. Hər bir istiqamətdə yayılan həmin gərgin vəziyyət elektrik yükünün ayrılmaz bir xassəsi olub, mühitdə başqa elektrik yüklərinin olub-olmamasından asılı deyildir. Hazırda elektrik sahəsi anlayışı altında elə bir fəza düşünülür ki, onun hər hansı bir nöqtəsində müəyyən qiymət və istiqamətə malik olan bir qüvvə təsir etsin. Bundan əlavə, elektrik sahəsi, onun əmələ gəldiyi fəzada paylanmış halda olan müəyyən enerjiyə də malikdir. Bir elektrik yükünün ikincisinə etdiyi təsir, həmin bu elektrik sahəsi vasitəsilə və həmin sahənin enerjisi hesabına əmələ gəlir. Faradeyin elektrik sahəsi haqqındakı elmi fikirləri tez bir zamanda genişləndirilərək daha da dərinləşdirilmişdir. Faradeyin sahə nəzəriyyəsini Maksvell riyazi şəkildə işləyərək genişləndirmiş və “elektromaqnit sahəsi nəzəriyyəsi” adı altında elan etmişdir. Lens bu nəzəriyyəni enerjinin itməməsi qanunu ilə birləşdirərək ona daha geniş bir məna vermiş və “Elektromaqnit induksiyası qanunu” adı altında nəşr etdirmişdir. Elektromaqnit hadisələri haqqında qərarlaşdırdığımız müasir təsəvvürümüzün əsasını təşkil edən bu nəzəriyyələr az zaman sonra H.Herts, P.N.Lebedev və A.S.Popov tərəfindən təcrübələr vasitəsilə isbat edilmişdir. Elektromaqnit dalğasının varlığını 1887-ci ildə Herts, həmin dalğalardan istifadə olunması yolunu isə 1895-ci ildə A.S.Popov açmışdır. Elektromaqnit sahəsi nəzəriyyəsinin sürətli inkişafı, atom və molekullar haqqındakı təsəvvürümüzün daha da dərinləşməsinə imkan yaratmış və az zaman sonra Lorens tərəfindən “elektron nəzəriyyəsinin” təklif edilməsinə səbəb olmuşdur. Elektron nəzəriyyəsinin əsasını, bütün maddələrin atomlarının, elementar elektrik hissəciklərinin mürəkkəb kombinasiyasından ibarət olması prinsipi təşkil edir. Bu nəzəriyyə, özündən qabaq gəlmiş başqa nəzəriyyələrdən onunla fərqlənir ki, burada atom quruluşunu təşkil edən mikro hissəciklər arasındakı qarşılıqlı rabitə, mikroskopik ölçüdə olan elektromaqnit sahəsi tərəfindən mühafizə olunur. Məlumdur ki, müxtəlif kimyəvi elementləri təşkil edən atomlar və elecə də, müxtəlif kimyəvi birləşmələri yaradan molekullar müsbət və mənfi elektrik yüklərindən ibarətdir. Atomun kütləsi, başlıca olaraq, müsbət elektrik hissəcikləri və neytronlardan təşkil olunmuş ―atom nüvəsilə‖ əlaqədardır. Nüvədə olan artıq müsbət elektrik yükü, həmin maddənin Mendeleyevin, elementlərin dövri sistemindəki yerini təyin edir. Atom nüvəsi ətrafında qapalı orbitlərlə hərəkət edən elektronlar isə atom quruluşunun ən kiçik hissəciyi olub, mənfi yükə malikdir. Elektronun yükü 1,59∙10−19 Kulona, kütləsi isə 0,9 ∙10−27 qrama bərabərdir. Bir atomun tərkibində olan və onun nüvəsi ətrafında fırlanan elektronların sayı həmin maddənin, Mendeleyevin dövri sistemindəki sıra nömrəsinə bərabərdir. Atomun neytral vəziyyətində onun nüvəsinin-müsbət, elektronlarının isə mənfi yüklərinin qiymətləri bərabərdir, buna görə də mücərrəd atomun xarici elektrik təsiri olmur. Hər hansı bir səbəbə görə elektrik neytrallığı pozulmuş atoma ion adı verilir. Elektron nəzəriyyəsinin əsas üstünlüyü onun cisimlərin elektrik xassələrini, onların tərkibində olan elementar hissəciklərin hərəkətlərindən, qarşılıqlı vəziyyətlərindən və qarşılıqlı təsirlərindən asılı olaraq, izah etmək də olmuşdur. Buna görə də, elektron nəzəriyyəsinin vəzifələrini aşağıdakı kimi üç yerə bölmək olar;

1. Elektrik hissəcikləri arasında əmələ gələn mikroskopik elektromaqnit sahəsi əsasında elementar hissəciklərin yükləri və aralarındakı qarşılıqlı qüvvələrin öyrənilməsi;

2. Müxtəlif cisimlərdə, onların aqreqat vəziyyətlərindən asılı olaraq, elementar hissəciklərin və yüklərin qarşılıqlı vəziyyətlərinin və bununla əlaqədar olaraq, cisimlərin quruluşunun öyrənilməsi;

3. Mikroyüklərdən və mikrosahələrdən, böyük ölçülü elektrik yüklərinə və makrosahələrə keçmək qaydalarının öyrənilməsi. Elektrotexnika üçün böyük əhəmiyyəti olan hissələr, yuxarıda göstərilənlərin ikincisi və üçüncüsüdür.

Ardını oxu

Paylaş:    Facebook Twitter Google+ Stumble Digg