ЭЛЕКТРОСТАТИҚАНЫҢ НЕГІЗГІ ЗАҢЫ - КУЛОН ЗАҢЫ

Тыныштықтағы екі нүктелік зарядталған денелердің немесе бөлшектердің өзара әсерлесу заңы - электростатиканың негізгі заңы.

Электростатиканың негізгі заңын 1785 жылы тәжірибе жүзінде Шарль Кулон тағайындады. Сондықтан бұл заң оның атымен аталады.

Табиғатта зарядталған нүктелік денелер болмайды, алайда денелердің ара қашықтығы олардың өздерінің өлшемінен көптеген есе үлкен болса, онда зарядталған денелердің пішіні де, өлшемдері де, олардың өзара әсерлеріне елеулі ықпалын тигізбейді. Бұл жағдайда денелерді нүктелік деп қарастыруға болады. Бүкіләлемдік тартылыс заңы да осы сияқты нүктелік денелер үшін тұжырымдалғанын еске түсіріңдер.

Зарядталған денелердің өзара әсер күші зарядталған денелердің арасындағы ортаның қасиеттеріне байланысты болады. Әзірше өзара әсер вакуумда жүзеге асады деп алайық. Заряд­талған денелердің өзара күшіне ауаның тигізетін ықпалы елерліктей емес екені тәжірибеден байқалады: ол шамамен вакуум­дағыдай болады.

Кулон тәжірибелері. Электр зарядтарының өзара әсер заңын тағайындауға жеңілдік келтірген - бұл күштердің айтарлықтай зор екендігі. Мұнда тартылыс заңын жер бетінде тексергендегідей, аса сезгіш құралдар қолданудың қажеті болған жоқ. Иірілмелі таразы көмегімен қозғалмайтын зарядталған денелер біріне-бірі өзара калай әсер ететінін тағайындау мүмкіншілігі туды. Иірілмелі таразы серпінді жіңішке сымға асылған шыны таяқшадан тұрады (сурет). Таяқшаның бір ұшына кішкене а металл шар, ал екінші ұшына оны теңгеріп тұратын с жүк (қарсы салмақ) бекітілген. Тағы бір b металл шар таразының какпағына жылжымайтындай етіп бекітіліп қойылған.

сурет

Шарларға аттас зарядтар бергенде олар бір-бірінен тебіледі. Шарларды белгіленген ара қашықтықта ұстап тұру үшін, серпінді қылсымды қайсыбір бұрышқа бұру керек. Шарлардың өзара әсер күшін кылсымның ширатылу бұрышы арқылы өлшейді.

Иірілмелі таразы зарядталған шарлардың өзара әсер күшінің олардың ара қашықтығына және зарядтардың шамасына тәуелділігін тексеру мүмкіндігін берді. Күш пен ара қашықтықты өлшеу тәсілдері ол кезде белгілі болатын. Жалғыз-ақ қиыншылық зарядқа байланысты болды, себебі зарядты өлшеу үшін оның бірлігінің өзі белгісіз еді. Кулон шарлардың біреуін сондай, бірақ зарядталмаған шармен жалғай отырып, оның зарядын 2, 4 т. с. с. есе өзгертудің оңай жолын тапты. Сонда за­ряд шарларға тең бөлінді де, осының нәтижесінде зерттелетін зарядтың шамасы бел­гілі бір қатынаста азайып отырды. Жаңа за­рядка сәйкес жаңа күштің мәні тәжірибе арқылы анықталып отырды.

Кулон заңы. Кулон тәжірибелері бүкіләлемдік тартылыс заңына таңқаларлықтай ұқсас заң тағайындауға келтірді. Қозғалмайтын зарядталған екі нүктелік дененің вакуумдағы өзара әсерлесу күші олардың зарядтарының модульдерінің көбейтіндісіне тура пропорционал және ара қашықтықтың квадратына кері пропорционал болады. Бұл күшті кулондық күш деп атайды.

Егер зарядтардың модульдерін |q1| және |q2|  арқылы, ал олардың ара кашықтығын r арқылы белгілесек, онда Кулон заңын мына түрде жазуға болады:

мұндағы k - ұзындық бірлігіне тең қашықтықта, бірлік зарядтардың өзара әсерлесу күшіне сан жағынан тең, пропорционалдық коэффициент. Мұның шамасы бірліктер жүйесін таңдап алуға байланысты.

Бүкіләлемдік тартылыс заңының да түрі дәл осындай - тартылыс заңының формуласында зарядтар орнында массалар алынған, ал коэффициент ролін гравитациялық тұрақты атқарады.

Жіпке асылған, зарядталған екі шардың біріне-бірі тартылатынын, не тебілетінін оңай бақылауға болады. Бұдан мынадай қорытынды шығады: қозғалмайтын зарядталған екі нүктелік дененің өзара әсер күштері сол денелерді креатин түзудің бойымен бағытталады (сурет). Бұл сияқты күштер центрлік күштер деп аталады. Ньютонның үшінші заңына сәйкес F1,2= - F2,1.

Кулон заңының ашылуы - электр зарядының қасиеттерін зерттеу жолындағы алғашқы нақтылы қадам болды. Элементар бөлшектерде немесе денелерде электр зарядының бар болуы олардың бір-бірімен Кулон заңы бойынша өзара әсерлесетінін көрсетеді.

Шарль Огюстен Кулон (1736-1806) - электр мен магнетизмге арналған еңбектері және үйкеліс күшіне қатысты зерттеулері арқылы аты шыққан фран­цуз ғалымы. Зарядталған денелердің өзара әсерін тексерумен қатар Кулон ұзын магниттердің полюстерінің арасындағы өзара әсерлерді зерттеді.

Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев. Физика. -Алматы, 1998. -256 бет.