கூலம்பின் சட்டம் மற்றும் மின் பொறியியலில் அதன் பயன்பாடு

நியூட்டனின் இயக்கவியலைப் போலவே, ஈர்ப்புத் தொடர்பு எப்போதும் வெகுஜனங்களைக் கொண்ட உடல்களுக்கு இடையில் நிகழ்கிறது, அதே போல் மின் இயக்கவியல், மின் தொடர்பு என்பது மின் கட்டணங்கள் கொண்ட உடல்களின் சிறப்பியல்பு. மின் கட்டணம் "q" அல்லது "Q" என்ற குறியீட்டால் குறிக்கப்படுகிறது.

எலக்ட்ரோடைனமிக்ஸில் எலக்ட்ரிக் சார்ஜ் q என்ற கருத்து இயக்கவியலில் ஈர்ப்பு வெகுஜன m என்ற கருத்தை ஓரளவு ஒத்திருக்கிறது என்று கூட சொல்லலாம். ஆனால் ஈர்ப்பு வெகுஜனத்தைப் போலல்லாமல், மின் கட்டணம் என்பது உடல்கள் மற்றும் துகள்களின் பண்புகளை மின்காந்த இடைவினைகளுக்குள் நுழைய வகைப்படுத்துகிறது, மேலும் இந்த இடைவினைகள், நீங்கள் புரிந்து கொண்டபடி, ஈர்ப்பு அல்ல.

மின்சார கட்டணம்

மின் நிகழ்வுகள் பற்றிய ஆய்வில் மனித அனுபவம் பல சோதனை முடிவுகளைக் கொண்டுள்ளது, மேலும் இந்த உண்மைகள் அனைத்தும் இயற்பியலாளர்கள் மின் கட்டணங்கள் பற்றிய பின்வரும் தெளிவான முடிவுகளை அடைய அனுமதித்தன:

1. மின் கட்டணங்கள் இரண்டு வகைகளாகும் - நிபந்தனையுடன் அவை நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை என பிரிக்கலாம்.

2.மின் கட்டணங்கள் ஒரு சார்ஜ் செய்யப்பட்ட பொருளிலிருந்து மற்றொன்றுக்கு மாற்றப்படலாம்: எடுத்துக்காட்டாக, உடல்களை ஒருவருக்கொருவர் தொடர்புகொள்வதன் மூலம் - அவற்றுக்கிடையேயான கட்டணத்தை பிரிக்கலாம். இந்த வழக்கில், மின்சார கட்டணம் உடலின் ஒரு கட்டாய கூறு அல்ல: வெவ்வேறு நிலைமைகளின் கீழ், ஒரே பொருள் வெவ்வேறு அளவு மற்றும் அடையாளத்தின் கட்டணத்தைக் கொண்டிருக்கலாம் அல்லது அதற்கு கட்டணம் இல்லாமல் இருக்கலாம். இவ்வாறு சார்ஜ் என்பது கேரியரில் உள்ளார்ந்த ஒன்று அல்ல, அதே நேரத்தில் கேரியர் இல்லாமல் சார்ஜ் இருக்க முடியாது.

3. ஈர்ப்பு உடல்கள் எப்பொழுதும் ஒன்றையொன்று ஈர்க்கும் அதே வேளையில், மின் கட்டணங்கள் ஒன்றையொன்று ஈர்க்கும் மற்றும் ஒன்றையொன்று விரட்டும். கட்டணங்கள் ஒன்றுக்கொன்று ஈர்ப்பது போல, கட்டணங்கள் விரட்டுவது போல.

சார்ஜ் கேரியர்கள் எலக்ட்ரான்கள், புரோட்டான்கள் மற்றும் பிற அடிப்படை துகள்கள். இரண்டு வகையான மின் கட்டணங்கள் உள்ளன - நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை. நேர்மறைக் கட்டணங்கள் தோலால் தேய்க்கப்பட்ட கண்ணாடியில் தோன்றும். எதிர்மறை - உரோமம் தேய்க்கப்பட்ட அம்பர் மீது ஏற்படும் கட்டணங்கள். அதிகாரிகள் அதே பெயரில் குற்றச்சாட்டுகளை முன்வைத்தனர். எதிர் மின்னூட்டங்களைக் கொண்ட பொருள்கள் ஒன்றையொன்று ஈர்க்கின்றன.

மின்சார கட்டணத்தைப் பாதுகாக்கும் விதி என்பது இயற்கையின் அடிப்படை விதி, இது பின்வருமாறு கூறுகிறது: "ஒரு தனிமைப்படுத்தப்பட்ட அமைப்பில் உள்ள அனைத்து உடல்களின் கட்டணங்களின் இயற்கணிதத் தொகை நிலையானது". இதன் பொருள் ஒரு மூடிய அமைப்பில், ஒரே ஒரு அடையாளத்திற்கான கட்டணங்கள் தோன்றுவது அல்லது மறைவது சாத்தியமற்றது.

ஒரு தனிமைப்படுத்தப்பட்ட அமைப்பில் கட்டணங்களின் இயற்கணிதத் தொகை மாறாமல் இருக்கும். சார்ஜ் கேரியர்கள் ஒரு உடலில் இருந்து மற்றொரு உடலுக்கு நகரலாம் அல்லது ஒரு மூலக்கூறில், அணுவில் ஒரு உடலுக்குள் நகரலாம். கட்டணமானது குறிப்பு சட்டத்தில் இருந்து சுயாதீனமானது.

இன்று, அறிவியல் பார்வை என்னவென்றால், முதலில் சார்ஜ் கேரியர்கள் அடிப்படைத் துகள்களாக இருந்தன.அடிப்படை துகள்கள் நியூட்ரான்கள் (மின்சார நடுநிலை), புரோட்டான்கள் (நேர்மறையாக சார்ஜ் செய்யப்பட்டவை) மற்றும் எலக்ட்ரான்கள் (எதிர்மறையாக சார்ஜ் செய்யப்பட்டவை) அணுக்களை உருவாக்குகின்றன.

அணுக்களின் கருக்கள் புரோட்டான்கள் மற்றும் நியூட்ரான்களால் ஆனவை, மேலும் எலக்ட்ரான்கள் அணுக்களின் ஓடுகளை உருவாக்குகின்றன. எலக்ட்ரான் மற்றும் புரோட்டானின் கட்டணங்களின் அளவுகள் அடிப்படை மின்னூட்டத்திற்கு சமமாக இருக்கும், ஆனால் அடையாளமாக இந்த துகள்களின் கட்டணங்கள் ஒன்றுக்கொன்று எதிர்மாறாக இருக்கும்.

மின் கட்டணங்களின் தொடர்பு - கூலொம்பின் சட்டம்

மின் கட்டணங்கள் ஒருவருக்கொருவர் நேரடியாக தொடர்புகொள்வதைப் பொறுத்தவரை, 1785 ஆம் ஆண்டில் பிரெஞ்சு இயற்பியலாளர் சார்லஸ் கூலம்ப் இந்த அடிப்படை மின்னியல் விதியை நிறுவி விவரித்தார், இது இயற்கையின் அடிப்படை விதி, இது வேறு எந்த விதிகளிலிருந்தும் பின்பற்றப்படவில்லை. விஞ்ஞானி தனது பணியில், நிலையான புள்ளி-சார்ஜ் செய்யப்பட்ட உடல்களின் தொடர்புகளைப் படிக்கிறார் மற்றும் அவற்றின் பரஸ்பர விரட்டல் மற்றும் ஈர்ப்பின் சக்திகளை அளவிடுகிறார்.

கூலம்ப் பின்வருவனவற்றை சோதனை முறையில் நிறுவினார்: "நிலையான கட்டணங்களின் தொடர்பு சக்திகள் தொகுதிகளின் உற்பத்திக்கு நேரடியாக விகிதாசாரமாகவும் அவற்றுக்கிடையேயான தூரத்தின் சதுரத்திற்கு நேர்மாறான விகிதாசாரமாகவும் இருக்கும்."

இது கூலொம்பின் சட்டத்தின் உருவாக்கம். புள்ளிக் கட்டணங்கள் இயற்கையில் இல்லாவிட்டாலும், புள்ளிக் கட்டணங்களின் அடிப்படையில் மட்டுமே, கூலொம்பின் சட்டத்தின் இந்த உருவாக்கத்தில், அவற்றுக்கிடையேயான தூரத்தைப் பற்றி பேச முடியும்.

உண்மையில், உடல்களுக்கு இடையிலான தூரம் அவற்றின் அளவைக் கணிசமாக மீறினால், சார்ஜ் செய்யப்பட்ட உடல்களின் அளவு அல்லது வடிவம் அவற்றின் தொடர்புகளை குறிப்பாக பாதிக்காது, அதாவது இந்த சிக்கலுக்கான உடல்கள் மிகவும் புள்ளியாக கருதப்படலாம்.

ஒரு உதாரணத்தைப் பார்ப்போம். சில சார்ஜ் செய்யப்பட்ட பந்துகளை சரங்களில் தொங்கவிடுவோம்.அவை ஏதோவொரு வகையில் கட்டணம் வசூலிக்கப்படுவதால், அவை விரட்டும் அல்லது ஈர்க்கும். இந்த உடல்களை இணைக்கும் ஒரு நேர் கோட்டில் சக்திகள் இயக்கப்படுவதால், இவை மைய சக்திகள்.

மற்றொன்றிலிருந்து ஒவ்வொரு கட்டணத்திலும் செயல்படும் சக்திகளைக் குறிக்க, நாம் எழுதுவோம்: F12 என்பது முதல் மின்னூட்டத்தின் விசை, F21 என்பது இரண்டாவது மின்னூட்டத்தின் விசை, r12 என்பது இரண்டாவது ஆரம் திசையன். முதல் புள்ளி கட்டணம். கட்டணங்கள் ஒரே அடையாளத்தைக் கொண்டிருந்தால், F12 விசை கூட்டாக ஆரம் வெக்டருக்கு இயக்கப்படும், ஆனால் கட்டணங்கள் வெவ்வேறு அடையாளங்களைக் கொண்டிருந்தால், F12 விசையானது ஆரம் திசையன் மீது செலுத்தப்படும்.

புள்ளிக் கட்டணங்களின் தொடர்புச் சட்டத்தைப் பயன்படுத்தி (கூலோம்பின் சட்டம்), எந்தப் புள்ளிக் கட்டணங்களுக்கும் அல்லது புள்ளிக் கட்டண உடல்களுக்கும் தொடர்பு சக்தியை இப்போது காணலாம். உடல்கள் புள்ளி வடிவில் இல்லை என்றால், அவை தனிமங்களின் பேஸ்டல்களாக மனரீதியாக உடைக்கப்படுகின்றன, அவை ஒவ்வொன்றும் ஒரு புள்ளி கட்டணமாக எடுத்துக்கொள்ளப்படலாம்.

அனைத்து சிறிய தனிமங்களுக்கிடையில் செயல்படும் சக்திகளைக் கண்டறிந்த பிறகு, இந்த விசைகள் வடிவியல் ரீதியாகச் சேர்க்கின்றன - அவை விளைவான சக்தியைக் கண்டுபிடிக்கின்றன. கூலொம்பின் சட்டத்தின்படி அடிப்படைத் துகள்களும் ஒன்றோடொன்று தொடர்பு கொள்கின்றன, மேலும் இன்றுவரை இந்த மின்னியல் விதியின் மீறல்கள் எதுவும் காணப்படவில்லை.

மின் பொறியியலில் கூலம்ப் சட்டத்தின் பயன்பாடு

நவீன மின் பொறியியலில் கூலொம்பின் சட்டம் ஒரு வடிவத்தில் செயல்படாத பகுதி இல்லை. மின்னோட்டத்துடன் தொடங்கி, வெறுமனே சார்ஜ் செய்யப்பட்ட மின்தேக்கியுடன் முடிவடைகிறது. குறிப்பாக மின்னியல் சார்ந்த பகுதிகள் - அவை 100% கூலொம்பின் சட்டத்துடன் தொடர்புடையவை. ஒரு சில உதாரணங்களை மட்டும் பார்ப்போம்.

எளிமையான வழக்கு ஒரு மின்கடத்தா அறிமுகம்.ஒரு வெற்றிடத்தில் உள்ள மின்னூட்டங்களின் தொடர்பு விசையானது, அவற்றுக்கிடையே ஒருவித மின்கடத்தா வைக்கப்படும் போது நிலைமைகளின் கீழ் அதே கட்டணங்களின் தொடர்பு சக்தியை விட எப்போதும் அதிகமாக இருக்கும்.

ஒரு ஊடகத்தின் மின்கடத்தா மாறிலி துல்லியமாக அந்த மதிப்பாகும், இது கட்டணங்கள் மற்றும் அவற்றின் அளவுகளுக்கு இடையிலான தூரத்தைப் பொருட்படுத்தாமல், சக்திகளின் மதிப்புகளை அளவுகோலாக தீர்மானிக்க உங்களை அனுமதிக்கிறது. ஒரு வெற்றிடத்தில் உள்ள கட்டணங்களின் தொடர்பு சக்தியை அறிமுகப்படுத்தப்பட்ட மின்கடத்தாவின் மின்கடத்தா மாறிலியால் வகுத்தால் போதும் - ஒரு மின்கடத்தா முன்னிலையில் தொடர்பு சக்தியைப் பெறுகிறோம்.

அதிநவீன ஆராய்ச்சி உபகரணங்கள் — ஒரு துகள் முடுக்கி. சார்ஜ் செய்யப்பட்ட துகள் முடுக்கிகளின் செயல்பாடு மின்சார புலம் மற்றும் சார்ஜ் செய்யப்பட்ட துகள்களின் தொடர்பு நிகழ்வின் அடிப்படையில் அமைந்துள்ளது. மின்சார புலம் முடுக்கியில் வேலை செய்கிறது, துகள்களின் ஆற்றலை அதிகரிக்கிறது.

முடுக்கப்பட்ட துகள் ஒரு புள்ளி கட்டணமாகவும், முடுக்கியின் முடுக்கி மின்சார புலத்தின் செயல்பாட்டை மற்ற புள்ளி கட்டணங்களிலிருந்து மொத்த விசையாகவும் கருதினால், இந்த விஷயத்தில் கூலம்பின் விதி முழுமையாக கவனிக்கப்படுகிறது.காந்தப்புலம் துகள் வழியாக மட்டுமே இயக்குகிறது. Lorentz விசை, ஆனால் அதன் ஆற்றலை மாற்றாது, ஆனால் முடுக்கியில் உள்ள துகள்களின் இயக்கத்திற்கான பாதையை மட்டுமே அமைக்கிறது.

பாதுகாப்பு மின் கட்டமைப்புகள். முக்கியமான மின் நிறுவல்கள் எப்போதும் மின்னல் கம்பியைப் போல முதல் பார்வையில் எளிமையான ஒன்றைக் கொண்டிருக்கும். அதன் வேலையில் உள்ள மின்னல் கம்பியும் கூலொம்பின் சட்டத்தை கவனிக்காமல் கடந்து செல்லாது. இடியுடன் கூடிய மழையின் போது, ​​பெரிய தூண்டப்பட்ட மின்னூட்டங்கள் பூமியில் தோன்றும் - கூலோம்பின் சட்டத்தின்படி, அவை இடியுடன் கூடிய மேகத்தின் திசையில் ஈர்க்கப்படுகின்றன. இதன் விளைவாக பூமியின் மேற்பரப்பில் ஒரு வலுவான மின்சார புலம் உள்ளது.

இந்த புலத்தின் தீவிரம் குறிப்பாக கூர்மையான கடத்திகளுக்கு அருகில் அதிகமாக உள்ளது, எனவே மின்னல் கம்பியின் முனையில் ஒரு கரோனல் டிஸ்சார்ஜ் பற்றவைக்கப்படுகிறது - பூமியிலிருந்து வரும் மின்னழுத்தம், கூலொம்பின் விதிக்கு கீழ்ப்படிந்து, இடியின் எதிர் மின்னூட்டத்தால் ஈர்க்கப்படுகிறது. மேகம்.

மின்னல் கம்பிக்கு அருகில் உள்ள காற்று கொரோனா வெளியேற்றத்தின் விளைவாக அதிக அயனியாக்கம் செய்யப்படுகிறது. இதன் விளைவாக, முனைக்கு அருகிலுள்ள மின்சார புலத்தின் வலிமை குறைகிறது (அதே போல் எந்த கம்பியின் உள்ளேயும்), தூண்டப்பட்ட கட்டணங்கள் கட்டிடத்தின் மீது குவிக்க முடியாது, மேலும் மின்னலின் நிகழ்தகவு குறைகிறது. மின்னல் மின்னல் கம்பியைத் தாக்கினால், கட்டணம் வெறுமனே பூமிக்குச் செல்லும் மற்றும் நிறுவலை சேதப்படுத்தாது.