Электр заряды. Кулон заңы

0

Электр заряды мен олардың арасындағы өзара әсер жөніндегі мәселені бастағанда оқушылардың бұрын 8 – сыныпта денелердің электрлену құбылысымен танысқанын, зарядтар таңбасының екі түрлі болатындығына тәжірибеде көз жеткізгенін, атомның құрылысы туралы алғашқы ұғым алғандығын және бірқатар құбылыстарды зарядтардың өзара әсері арқылы түсіндіруге болатыны оқығандығын ескеру қаажет. Мұғалім оқушылардың сол алған білімдерін жаңғырып, жаңа мағлұматтармен толықтырып, дамыта және тереңдете түсуі тиіс.

Көзделіп отырған мақсатқа жету үшін тақырыпты түсіндіруді мынадай жоспармен жүргізу қолайлы деп есептейміз.

  1. Денелердің электрленуі. Бірнеше тәжірибелер көрсету арқылы электрленген денелердің жеңіл денелерді өзіне тартатындығы қорытындыланады. Электрленген денелердің тек жеңіл денелерді ғана емес ауыр денелерді де өзіне тартатындығын көрсету үшін мынадай тәжірибені жасауға болады: ұзын метал труба (түтікше) алып (2м), дәл ортасынан жіңішке жіпке балап, іліп қояды; егер электрленген таяқшаны трубаның бір ұшына жақындатсақ, онда оның таяқшаға тартылатындығын анық байқауға болады; металл трубаның орнына ұзын ағаш таяқшаны да қолданады.

  2. Электрленген денелеодің өзара әсерлесуі. Денелердің электрленуін көрсеткеннен кейін электрленген денелердің өзара әсерлесуі бірдей болмайтындығын анықтап алған жөн: кейде – олар бірін бірі тартады, кейде – олар бірін бірі тебеді. Бұл құбылысты демонстрациялау үшін алдын ала сәйкес тәжірибелерді таңдап алу керек. Осыған байланысты электрлену дәрежесінің әр түрлі болатындығын көрсету керек, ол үшін электроскопты пайдаланамыз. Екі электроскоптың бірін электрлеп, екіншісімен зарядник арқылы жалғастырып, денелердің электрлену қасиеті бір денеден екінші денеге берілетіндігіне оқушылар назарын аударууға болады. Бұл тәжірибелер оқушыларды заряд ұғымына жақындата түседі.

  3. Электр зарядының екі таңбасы. Электрленген денелерді зарядталған, заряды бар деу қалыптасып кеткен. Қарама – қарсы таңбалы зарядпен электрленген денелер бірі бірі тартады, ал бірдей таңбалы зарядпен электрленеген денелер бірі бірі тебеді. Бұл қорытындыны тәжірибелермен дәлелдеу керек. Мұнан соң қарама – қарсы таңбалы зарядтардың бір – бірі бейтараптап жіберетіндігі айтылып, тәжірибе көрсетіледі.

  4. Денелерді электрлеудің әдістері. Жоғарыда көрсетілген тәжірибелерге сүйеніп және жаңадан тәжірибелер көрсету арқылы денелерді екі түрлі әдіспен электрлеуге болатындығы жөнінде қорытынды жасауға болады: денелерді тиістіру арқылы және ықпал арқылы. Кейбір әдіскерлер, механизмін түсіндірмей – ақ гальвани элементтері батареясы және жарық әсері көмегімен электрлеу әдістерін де көрсетуді де қолайлы деп есептейді. Әсіресе электроскоптың жарық әсерінен зарядталуы оқушыларды жақсы әсер қалдырады.

  5. Элементар заряд. Оқушылардың алған осы мәліметтері элементар заряд ұғымын ендіруге жеткілікті. Ең бастысы – зарядтың денемен немесе бөлшекпен байланысты екендігін, кейбір элементар бөлшектердің (электрон, протон және т.б) ол ажырамас қасиеті екендігін түсіндіре білу. Табиғатта бейтарап элементар бөлшектер ((нейтрон және т.б) болғанымен материалдық тасушысыз заряд болмайтындығы айтылуы тиіс. Электрондық және протондық тұрғыдан жоғарыда көрсетілген тәжірибелерді қайта түсіндіру қажет.

Келесі қозғалатын мәселе – зарядтың дискреттілігі. Оқушыларға осы кездегі физиканың зарядтың атомы – элементар заряд болатындығын көптеген тәжірибелер арқылы дәлелдеп беріп отырғандығы айтылуы тиіс. Бұл мақсатта әдетте Миллекен тәжірибесі айтылады, кейде әдіскерлер электролиз құбылысын пайдаланғанды жөн көреді. Физика курсын оқу барысында оқушылар ондай әр түрлі тәжірибелермен танысады. Онан соң кез – келген дененің зарядының сол элементар зарядтың бүтін санына тең болатындығы түсіндіріледі. Қалыпты жағдайларда денелерді құрайтые бөлшектердің оң және теріс зарядтары тең, сондықтан дене бейтарап күйде болатындығы, ал денелер электрленгенде қандай да бір зарядты бөлшектердің саны артып кететііндігі айтылуы тиіс.

  1. Электр зарядының сақталу заңы. Бұл заң – іргелі табиғи заңдардың бірі, сондықтан оған айрықша көңіл аудару керек. 10 – сыныпта бұл заң екі тұрғыдан берілуі мүмкін. Оның біріншісінде электр зарядының атомистік құрылымы ескеріледі: тұйық жүйеде барлық бөлшектердің зарядтарының алгебралық қосындысы өзгермейді, зарядтар пайда болғанда қарама –қарсы таңбалы элементар зарядтар жұбымен пайда болады да, ал бейтараптанғанда – жұбымен бейтараптанады. Заңның айтылуының бұл түрімен қатар екінші айтылу түрі бар, ол макроскопиялық немес зарядты өлшеуге болатындығы тұрғысынан айтылады: тұйық жүйедегі зарядтардың алгебралық қосындысы өзгермейді.

Заңның орындалуының дәлелі ретінде денелерді тиістіру арқылы электрлегенде денелердің қарама-қарсы таңбалы зарядтармен электрленетіндігін келтіруге болады. Олай болса, электрлеу дегеніміз денедегі зарядтарды модулі жағынан тең, таңбалары қарама – қарсы зарядтарға бөлу процесі екенідігін түсіндіру қажет.

Осы тұста зарядтың тағы бір қасиетіне тоқтала кеткен жөн, ол – зарядтың инварианттығы. Ескерте кететін бір жәйт – оқушылар көп жағдайда «шаманың сақталуы» және «шаманың инварианттығы» ұғымдарын баса ажырата алмайды, сондықтан мұғалім бұл мәселеге көңіл аударғаны дұрыс. Заряд – абсолют шама, ол тасымалдаушы бөлшек жылдамдығына байланыссыз, басқаша айтқанда санақ жүйесіне тәуелді шама емес.

7.Кулон заңы. Кулон заңы да электродинамикадағы іргелі заңның бірі, ол электр зарядтарының өзара әсерлесуін сан жағынан сипаттайды. Заңды 1785 жылы тәжірибе жүзінде Ш.Кулон (1736-1806ж) тағайындаған болатын.

Кулон заңы жөніндегі материалды әңгіме ретінде бастаған дұрыс. Алдымен Кулонның тәжірибесі айтылып, иірілмелі таразының құрылысы мен онымен жұмыс істеу әдісі түсіндіріледі. Әңгіме барысында сынып тақтасына мынадай жазулардың түскені дұрыс:

hello_html_m4e4b377b.gifhello_html_357e90b6.gifhello_html_m2a359650.gif

Айтылуы: тыныштықтағы зарядталған екі нүктелік дененің вакуумдағы өзара әсерлесу күші олардың зарядтарының модульдерінің көбейтіндісіне тура пропорционал болады, ол күш сол денелердің центрлерін қосатын түзу бойымен бағытталған.

Осыдан кейін физика кабинетіндегі приборлардың мүмкіндігіне қарай, сапа жағынан болса да, электрленген екі дененің арасындағы әсерлесу күшінің зарядтар шамасына және олардың ара қашықтығына тәуелді болатындығын көрсететін тәжірибе ұйымдастырылғаны жөн. Ондай тәжірибелер әр түрлі, қолайлы тәжірибені әдістемелік әдебиеттерден таңдап алуға болады.

Электростатикалық өзара әсерлесу заңы мен гравитациялық өзара әсерлесу заңының бір – біріне ұқсастығын оқушылар бірден байқайды. Сондықтан гравитацилық күш пен электрлік күштерді өте басым екендігін түсіндіре кету керек.

Келесі тоқталатын нәрсе – электр зарядының бірлігі, онымен оқушылар 8 – сыныптан таныс. Халықаралық бірліктен жүйесінде алдымен ток күшінің бірлігі ампер енгізілетіндігін, оның бұл жүйеде метр, килограмм, секунд сияқты шаманың бірі болатындығын тағы ескерткен жөн. Сонан соң барып ток күші ампер болғанда өткізгіштің көлденең қимасы арқылы бір секундте өтетін заряд мөлшері заряд бірлігі ретінде алынатындығы, оны Кулон заңындағы k коэффициентінің физикалық мағынасы ашылып, оның мәні беріледі:

hello_html_m5203dc6c.gif

Бірақ халықаралық бірліктер жүйесінде к коэффициенті мына түрде алынатындығы айтылуы қажет:

hello_html_m291fd1e3.gif

Мұндағы hello_html_3d85f942.gif— электр тұрақтысы деп аталады, оның сан мәні мынадай болып шығады:

hello_html_3d85f942.gif=8,85*10-12 Кл2/Нм2

Қорытындысында элементар зарядтың сан мәні мен электронның тыныштықтағы массасының сан мәнін берген орынды болған болар еді:

e=1.6*10-19Кл, me=9.1*10-31кг

Ең соңында зарядталған денелер (бөлшектер) өзара, қасиеттері бізге әлі таныс емес, өріс арқылы әсерлесетіндігін ескерте кету керек.

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ