§3.  Ван-дер-Ваальс  изотермаларын  талкылау.  Тәжірибелік

№  
N
0
7 "  
V  
0
 
0
З О -сз тр е т
V,
о
Осы  29-суреттегі  эрбір  кисық белгілі  бір  Т температураға сэйкес 
ислсд і; 
Т  температура 
неғұрлым 
жоғары 
болса, 
29-суреттегі 
и іоіермалар солғұрлым  оң жаққа таманырақ және  жоғарырақ жатады. 
Ііүл  сүреттен  тек  Т  температура  жо- 
п ір ы  
болғанда  изотерма,  У0  көлемнің 
к іш ір е ю ін е  
байланысты 
Бойль-Ма- 
циотт 
заңына 
сәйкес 
изотермаға 
уксип,  бірсыдыргы  өтетіндігі  көрінеді.
Муидай 
изотермада  Р 
қ ы с ы м н ы ң  
а р б ір  
мәніне, 
газ 
М енделеев- 
Юшпейрон 
заңына 
бағынған 
ж п г д а й д а г ы д а й ,  
У0 
грамм-
М і ш с к у л а п ы қ  
көлемнің бір мэні  сәйкес 
целсді. 
Төмен 
температурадағы 
кмсымдар  мен  көлемдердің белгілі  бір 
«Имшында  изотермаларда  өркештер
ІІййда  болады.  Жалпы  алғанда,  бүл  аймақта  Р қысымның эрбір  мәніне
көлемнің 
үш 
мэні 
сәйкес 
келеді. 
Неғұрлым 
төмен 
і е м п с р а т у р а л а р д а  
изотермалардың  сипаты  тіпті  баскаша.  Осындай 
Негүрлым  темен  температурадағы  изотерма  схема  түрінде  30-суретте 
М р с с т і л г е н .
Тэжірибелердің  көрсетуіне  қарағанда  экспериментгік  изо- 
ігрмшіарды  Ван-дер-Ваальстың  теориялык  изотермапарымен  са- 
пыстыру  Ван-дер-Ваальс  изотермаларындағы  ө р к еш тер   а й м а ғ ы   зат- 
ІЫН  і а і тэрізді  күйінен  сұйық күйіне  жэне керісінше айналу  процесіне 
Кйтптмндыгын  көрсетеді.  Алайда  заттың  газ  тэрізді  күйінен  сұйық 
күйінс  жэне  керісінше  айналуы  шынында  бүгілген  жерлері  бар 
КИсмқтың бойымен  болады (30-суреттегі М Ү түзуі).
Сонымен 
Ван-дер-Ваапьстың 
изотермалары 
идеап 
газдың 
Иіогсрмаларына  қараганда  газдың  күйін  дәлірек  көрсетуімен  қатар, 
•Л й р 
газдың  сұйылу  процесін  де  қамтиды,  сондай-ақ  сұйықтың  аз 
•мі млгыштыгынан байқалатын  қасиетін де өрнектейді.
§4.  Заттын газ  күйінен  сұйыкка  өтуі.  Кризнстік күй 
Қаныккан  бу
Температура 
жоғарьшаған 
сайын 
Ван-дер-Ваальс 
Иіоісрмаларын-дағы  өркештердің  аймағы  тарыла  береді,  яғни  У0  мен 
V,  колемдердің  айырмасы  азая  береді,  мұндағы  У0-зат  Р0  қысымда 
Іеі Ісімен  газ  тэрізді  күйінде  (бұ  түрінде)  болатын  жагдайга  сәйкес
193

көлем,  ал  У0’-  зат  сол  Р0  қысымда  тегісімен  сұйыкка  айналатын 
жағдайға  сәйкес  көлем.  31-су-ретте  эр  түрлі  температуралардағы 
нақты  изотермалалар  салыс-тырылған.  Ш трихталмаған  аймақ  заттың 
газ  тэрізді  күйіне  жатады;  нүктелер  қойылған  аймақ  заттың  екі 
фазадағы  күйіне -  газ тэрізді  жэне сүйық күйіне  жатады;  штрихталған 
аймақ-сүйық 
күйіне
жатады. 
Р
Ван-дер-Ваальс 
изо- 
термаларының  ішінде  өр- 
кештері  бар  изотермаларды 
өркештері 
жоқ 
изотер- 
малардан 
бөліп 
түратын 
изотерма  бар.  Бүл  изотерма 
кризистік изотерма деп, ал 
оған  сэйкес  температура  Тк 
кризистік 
температура 
деп  аталады (29-ші ж эне 31- 
ші 
суретгерді 
қараңыз).
Кризистік  изотермада  өр- 
кештердің  орнына  тек  бү- 
гілу  нүктесі  К  ғана  болады; 
оған 
осы 
нүктеде 
жүргізілген  жанама  абсциссалар  осіне  параллель  болады.  К   ңүктесі 
кризистік  нүкге,  ал  оған  сэйкес  Ук  көлем  мен  РК қысымы  кризистік 
көлем  жэне  кризистік  кысым  деп  аталады.  Әрбір  заттың  өзіне  тэн 
белгілі  бір  кризистік  температурасы,  кризистік  грамм-молекулалық 
көлемі  жэне  кризистік қысымы болады.
Кризистік температура туралы үғымды Д.И.  Менделеев енгізген. 
Менделеев  өзінің  зерттеулерінде  кризистік температураны  сүйыктын 
қайнауының  абсолют  температурасы  деп  атап,  оны  сүйық 
молекулаларының  арасындағы  ілінісу  күші  жойылатын  жэне  сонымен 
сүйык,  кысымның  жэне  меншікті  көлемнің  қандай  екендіктеріне 
қарамастан,  буға  айналатын температура деп қараган.
Кризистік  температура  жөиіндегі  бүл  түсінік  заттың  сүйық 
күйінен  газ  тэрізді  күйіне  өтуі  жөніндегі  қазіргі  үғымға  толық  сәйкес 
келеді.
Ш ынында  заттың  газ  тәрізді  күйі  мен  сүйық  күйі  жэне  сүйылу 
аймағы  ажыратылып  көрсетілген  31-суретті  қарастырғанда  мыналар 
анықталады:
1) 
Тк  кризистік  температурадан  жоғары  температураларда  зат 
тек  газ  күйінде  ғана бола алады.  Газдың Т температурасы  Тк кризистік
V»
31 -су р ет
194

32-сурет
гсмпературадан  жоғары  болганда  оны  қанша  сы қса  д а  сұйық  күйге 
пііііала 
алмайды. 
Кризистік 
температуралардан 
төмен 
темпе- 
рніураларда  зат  қысымға  байланысты  не  газ  тэрізді  күйінде  не  сүйық 
күйінде,  немесе  қатарынан  екі  фазада  -   сүйық  жэне  қаныққан  бу 
і үрінде -  бола алады;
2)  Қаныққан  будың Р
0
 қысымының мэні  осы заттың Рк  кризистік 
ш.ісымынан артық бола алмайды;
3)  Заттың  сүйық  күйіндегі  көлемі  сол  мөлшерде  алынған  осы 
і й г г ы ң
 
кризистік көлемінен  артық бола алмайды.
Абсциссалар  осіне  температураны,
Ші  ординаталар  осіне  сүйықтың  жэне  осы-
мсн  тепе-теңдікте  түрған  қаныққан  будың
мсіішікті  көлемдерін  (яғни  масса  бірлік-
ісрімің  көлемін)  салып,  график  сызайық
( 12-сурет). 
Қызғанда 
сүйық 
үлғая-
п.мідықтан 
меншікті 
көлемнің 
темпе-
ршураға байланысты өзгеруін  кескіндейтін
II,' 
кисыгы 
жоғары 
көтеріледі. 
Тем-
Іісраіура  жогарылган  сайын  сүйықтың  кө-
/
і р м і
 
жылдам  артады,  оның  үлғаю  коэф-
фнңиенті  температураға  байланысты
инсріп 
жоғарылай 
береді. 
Сон-
ДЫКтан  ЬЬ'  қисыгы  жоғары  карай
Иілгсн.  Қаныққан  будың  меншікті
Кшісмінің температураға байланысты
онсруі  СС'  қисығымен  өрнектеледі.
I смпература 
жоғарылағанда 
сүй-
ыктың  бір  бөлігі  буға  айналады  да,
оның үстіндегі  будың тығыздығы  ар-
і і і і і ы
. 
Ал  будың 
тығыздығы  арт-
ЗЗ-сүюет
кішда  оның  меншікті  көлемі  азаяды,
і пмдықтан  ОО'  қисыгы  төмен  қарай  иіледі.  Бір  К   нүктеде  қисықтар 
ОІрімен-бірі  түйіседі.  Бүл нүкте  сүйықгың ең үлкен  меншікті  көлеміне 
войксс  келетіндіктен  ол  кризистік  нүкте  болып  табьшады  да,  бүған 
сэНксс  температура  Т к  кризистік  температура  болады.  Бүдан 
Криіистік  нүкте  сүйықпен  будың  меншікті  көлемдері  біріне-бір  дэл 
кслетіндігін 
көреміз. 
Кризистік 
нүктеде 
сүйық 
пен 
будын 
ирисындағы  айы рмаш ылықтарды н  барлыгы  да  жойылады. 
Кріпистік  нүктеде  зат  газ  тэріздік  күйінен  сүйық  күйіне  үздіксіз 
•йшілып  отырады.  Кризистік  температурада  сүйықтын  булану
195

жылуы  нольге  тең.  Сондай-ак  кризистік  температурада  сұй- 
ыктың беттік керілу  коэффиңиенті де  нольге тең болады.
Кризистік  нүктенің  маңайында  газ  көлемінің  барлық  жерінде 
жергілікті  қоюлану  центрлері  жасалып,  олар  қайтадан  ыдырап 
отырады;  осының  сапдарынан  кризистік  нүктенің  маңайында  зат 
буылдыр тартады, оны опалесценция деп атайды.
Эксперименттік  изотермалар  мен  Ван-дер-Ваальстің  теориялык 
изотермапарының  арасындагы  айырмашылықты  толығырақ  ,қара- 
стырайык.  Эксперименттік  изотермада  өркештер  аймағының  орнына, 
тағы  да  33-суретте  көрсетілгендей,  МЫ  түзуі  алынып  отыр.  Алайда 
өркештер  аймағында  жататын  бір  қатар  нүктелерді,  белгілі  бір 
жағдайларда,  эксперимент  жасап  табуға  болады  екен.  Мысалы, 
шаңтозаңнан  тазартылған  жэне  электр  зарядтарды  жоқ  кеңістікте  Р 
қысымы 
берілген 
температурадағы 
қаныққан 
будың 
Р 0 
сер- 
пімділігінен  артык  болатын  бу  жасап  алуға  болады.  М үндай  бу  аса 
каныккан  бу  деп  аталады.  Аса  қаныккан  будың  күйі  изотерманың 
өркештер  аймағындағы  Ыа  бөлігімен  кескінделеді.  Табиғи  жағ- 
дайларда  атмосфераның  жоғарғы  кабатгарында  аса  қаныккан  будың 
мол  массалары  жиі  жасалады.  Аса  каныккан  будың  түрган  жеріне 
жеке  тозандар,  тамшылар  немесе  электрмен  зарядталған  бөлшектер 
түссе бу  конденсацияланып, түман  пайда  болады.
Берілген  температурада  қаныққан  будың  серпімділігінен  аз 
қысым  түсіріп  газды  бу  күйіне  айнапдырмай,  бірден  сүйыққа 
айналдыруға  болады;  бүл  күйге  изотерманың  МЬ  бөлігі  сәйкес  келеді. 
Ван-дер-Ваальс  изотермапарының  ішінде  бір  бөлігі  абсциссалар 
өсінен  темен  жататын,  яғни  теріс  қысымдар  аймағында  жататын 
изотермалар 
да 
кездеседі 
(28-суретгі 
караңыз). 
Бүл 
күйлер 
сүйыктьщ   созылуы  болып  табылады,  оларды  тәжірибе  жүзінде 
шығарып  алуға  болады.  Мысапы,  сүйық  сынапты  барометрлік  түтікте 
760 
мм-ден 
артығырақ 
биіктікте, 
ягни 
сынаптың 
қысымы 
атмосфералық  қысыммен  толық  теңелмеген  қалыпта  үстап  түруға 
болады.  М үнда  бүл  сынап  бағанасы  өзінің  сапмақ  күшінің  әсерінен 
созылып түрады, бірақ ол үзіліп кетпейді.
Бүл  тәжірибе  нақты  сүйықтарда  ішкі  ілінісу  күштерінің  бар 
екенін  көрсетеді.  Изотермалардың  төмен  түсетін  аЬ  участогьш 
6
-су- 
рет  шығарып  апуға  болмайды:  мүндай  участок  заттың  орнықсыз 
күйіне сәйкес келеді деп  есептеуге болады.
196

§5. 
Н а қ ты  
газд ы ц  
іш к і 
эн ер ги ясы . 
Д ж оуль-Т ом сон
іф ф ектісі, о н ы ц  ф и з и к а л ы қ  м әні
Накты 
газдың 
II 
ішкі 
энергиясы 
оның 
молекулалары 
коігалысының  Ек
 
= 
кинетикапық  энергиясы  болып  табылады; 
Гіуп  энергия  газдың  берілген  мелшері  үшін  оның  көлеміне  де, 
кі.ісымына 
д а 
байланысты 
болмайды, 
ол 
оның 
тек 
Т
ісмпературасымен  гана  аныкталады;  идеал  газдың  бір  грамм- 
мшіскуласы  үшін  II = Ек  =СҮТ
 
болады,  мұндағы  С (-түракты   көлемдегі 
і |иімм-молекулалық жылу  сыйымдылық.
Ал 
нақты 
газда 
бүрын 
көргеніміздей, 
молекулалардың
ирнсындағы  өзара  әсер  к ү ш тер і  үлкен   р о л ь   а т к а р а д ы .  Сондықтан 
НЯКТЫ 
газдың  ішкі  энергиясы  оның  молекулалары  қозғалысының 
кшістикалық 
энергиясы 
мен 
олардың 
өзара 
потенциялық 
шсргиясынан қүрапады:
V  -  Ек  + Ер .
 
(
8
)
Молекулалардың 
озара 
потенциялық 
энергиясы 
олардың 
ОІріиен-бірінің  орташа  арақашықтығына  байланысты,  сондықган  Ер 
Ійідың  көлеміне  тәуелді  болу  керек.  Газдың  көлемі  айналадагы 
дснслермен  энергия  апмаспай  өзгергенде  V  ішкі  энергияиың  қоры  да 
Оігермеу  керек, сондықтан (
8
) теңдіктен мынау  шығады;
ДЕр = - \ Е к ,
 
(9)
ягни  нақты  газдың  көлемі  өзгергенде  потенциялық  энергияның 
вн сру  есесіне  оның  молекулалары  қозғалысының  кинетикалық 
шгргиясы  да  өзгеру  керек.  Түрақты  көлемдегі  иақгы  газдың  Сү  жылу 
омйымдылыгы  оның  молекулалары  қозғалысының  кинетикалық 
•исрі иясымен  ғана  аныкталатындықтан  Ек
 
= СуТ
 
тендік  (бір  грамм- 
мішскула үшін) күшінде  қалады да, (9) орнектен мынау  шығады:
М
 ,.  -  
- СуАТ
 
(10)
Бүдан  мынадай  қортынды  шығады: 
колсм 
сыртган 
жүмыс 
істелмей 
жэне 
ийналадагы  денелермен 
жылу 
алмаспай 
оігсргенде  нақты  газдың  температурасы 
•ігереді.  Бүл  сияқгы  күбылысты  апғаш  рет 
Джоуль дәлел-демек болған.
Джоуль  С   краны  бар  түтікпен  жал- 
гясқан  А  мен  В  екі  ыдысты  (34-сурет)  суы 
бир  капориметрге  орналастырған.  В  ыдыс- 
і ііі ы  ауа сорып  алынган,  ап А  ыдыстагы  ауа,
С’
197

Ч - У
35-сурет
сыртқы  жұмысты  істемей  ұлғая  отырып,  В  ыдысқа  қарай  ағады. 
М ұнда  Джоуль 
кало-риметр температурасының өзгергенін 
бай-
қамады. 
Бұдан Джоуль  газдың  көлемі өз-гергенде 
оның  ішкі
энергиясы езгермейді деген  қортынды шыгарған.
Біраз  кейін  Джоуль  бұл  тэжі- 
рибені  неғұрлым  сезімтап  екінші  бір 
вариантга Томсонмен  бірігіп  жасаған.  А 
мен  В  ьщыстарды  жалғастыратын  түтік- 
ке  кеуек  заттан жасалған  С тығын  орна- 
тылған  (35-сурет).  Түтік  жылу  өткіз- 
бейтін  затпен  қоршалған.  Газдың А  мен 
В   ыдыстардағы  Р ,  жэне  Р2  қысымдары 
тұракты 
болып түрған.  Газ түгіктің
бойымен 
тығын түрган  жерде  бөгеліп
аққан.  Тығынның  екі  жағына  сезімтал 
термометрлер  орнатылған.  Сонда  тер- 
мометрлердің  көрсетулерінде  аздаған  айырмашылық  байқалған.  Газ- 
дарды ң  көпшілігінде ты ғынның  газ  үлғаятын  жағындағы  температура 
біраз  төмен  болған.  Сутегінде  температураның  өзгеруі  керісінше  бол- 
ған;  үлғайғанда  сутегі  қызған.  Газ  үлғайғанда  (жылу  алмасу  болмай 
жэне  сыртқы  жүмыс  істелмей ұлғайғанда)  температураның  өзгеру  құ- 
былысы Джоуль-Томсон эффектісі деп аталады.  Бүл эффект  нақты 
газдар  қасиеттерінің  идеал  газдар  қасиеттерінен  ауытқуыныц 
салдары болып табылады.
Джоуль-Томсон  эффектісін  газ  үлғайганда оның температурасы 
жоғарылайтын  болса  оң  эффект  деп,  ал  температура  төмендейтін 
болса  сол  эффект  деп  атауға  келісілген.  Кейін  Джоуль-Томсон 
эффектісінің  таңбасы  Ван-дер-Ваальс  теңдеуіндегі  а  мен  Ь  түзету- 
лердің  қайсысы  үлкен  роль  аткаратындығына  байланысты  екендігі 
анықталады.
Джоуль-Томсон эффектісі мен Ван-дер-Ваальстың
ат)(У ,-Ъ ).
(/> + -
■
 КТ
теңдеуіндегі  а  және  Ь  түзетулердің  арасындағы  байланысты 
анықтауға болады.
Оңай 
болу 
үшін 
мынадай 
екі 
жағдайды 
жеке-жеке 
қарастырайық:
а)  Ван-дер-Ваальс тендеуіндегі а түзетуді елемеуге болатын газ;
б)  Ь түзетуді  елемеуге болатын газ алынған  болсын. 
Ван-дер-Ваальс тендеуіндегі  а  түзету  молекулалардың арасында
тарту  күштерінің  болатындығына  байланысты  екендігін  біз  білеміз.
198

( 'ондықтан  бірінші  жағдайда  молекулалардың  арасындағы  тарту 
күштері  жоқтың  қасында  деп  есептеп,  тек  тебу  күш терін  ғана 
еекеруғе  болады.  Сонда  молекулалардың  өзара  әсер  күштерінің  Ер 
иотенциялық  энерғиясы  олардың  г  аралығының  функциясы  ретінде 
Кш-суретге кескінделғен  қисықпен  өрнектеледі.
а) 
б)
36-сурет
Газдың  үлкен  Р,  кысымына  молекулалардың  кіші  г,  орташа 
ирнлі.іғы  сэйкес  келеді;  аз  Р2  қысымға үлкен  г2  орташа  аралық  сәйкес 
Квлсді.  Бүдан  36-а  суретте  көрсетілгендей,  қысым  азайғанда  ішкі 
н о т іц и я л ы қ  энергияның азаятындығы анықталады:
Д
Е.  - Е .  
< 0 .
Р 
Рг 
Р\
Бірак 
Д
Ер  < 
0 
болғанда (10) теңдіктен 
Д Г  
> 
0 
болып шығады.
Сонымен  біз  мынадай  қорытындыға  келеміз:  Ван-дер-Ваальс 
ИКдеуіндеғі  а  түзетуді  елемеуге  болатын,  бірак  Ь  түзету  елеулі  роль 
йі каратын жағдайда үлғайғанда газ  к ы зад ы .
Екінші  жағдай  молекулапарды  нүкте  деп  есептеуге  болатын 
імшрлың  өте  аз  өлшемдеріне  жатады.  Бүл  -   молекулалар  бірінен-бірі 
ідзуір  қашыктықта  болғанда  олардың  араларында  тебу  күштері 
йійкалмайды  дегенді  керсетеді.  М үнда  Ер  потенциялық  энергияның  г 
црилыкқа  36-6  суретте  кескінделген  тэуелділігі  сәйкес  келетін  тарту 
күшгерін  ғана  (соқтығысу  кезін  есептемеғенде)  еске  алуға  тура 
Келсді.
Енді  потенциялық  энергия  теріс  таңбалы  болады  да,  г 
крикашықтығы артқанда оның сан  мэні кемиді, сондықтан
ДЕ  =Е  - Е   > 
0
Р 
Рг 
Р\
болады.  Бүдан (10)  формулаға сүйеніп 
Д Г  
< 
0 
екендігін  табамыз. 
Иин-дер-Ваальс  тендеуіндегі  Ь  түзетуді  елемеуге  болатын,  бірақ  а 
іү істу елеулі роль атқаратын  жағдайда үлғайғанда газ суиды.
199

М олекулапардың  өз  өлшемдерін  еске  алудағы  Ь  түзету  басты 
роль  аткаратын  накты  газда Джоуль-Томсон  эффектісі  теріс  та н б а л ы  
болацы;  ал  молекулапардың  арасындағы  тарту  күштерін  еске  алудагы 
а  түзету  басты  роль  атқаратын  нақты  газда Джоуль-Томсон  эффектісі 
он т а н б а л ы  болады.
Бір  газдың  өзінде  оның  температурасы  мен  қысымның  қандай 
болатындыгына  қарай  не  Ь  түзету,  не  а  түзету  басты  роль  атқарады. 
Сондықтан  накты  бір  газдың өзінде Джоуль-Томсон  эффектісі сыртқы 
жағдайлардың  кандай  болуына  байланысты  не  оң  таңбалы,  не  теріс 
таңбалы  болуы 
мүмкін.  Өте  жоғары қысымдардағы газдардың
барлығында  да  көбінесе молекулалардың 
өз мөлшерлері, 
яғни  Ь
түзету,  басты  роль  атқарады;  бүдан  өте  жоғары  қысымдардағы 
газдардың  барлығында  да  Джоуль-Томсон  эффектісі  теріс  тан б ал ы  
болатындыгы көрінеді.
Р   қысым  мен  Т   температураның  Р * 
белгілі  бір  орташ а  мәндерінде  а  мен  Ь 
түзетулердің  атқаратын  рольдері  бірдей 
болады; 
нақты 
газдың  бүл 
күйінде
Джоуль-Томсон  эффектісі  нольге  тең 
болады,  ягни  үпғайғанда  газ  қ ы зб а й д ы  
да, 
су ы м а й д ы  да. 
Джоуль-Томсон
эффектісі 
нольге 
тең 
болатын 
күй 
и н вер си я  нүктесі  деп  а т а л а д ы .  Ин- 
версия  нүктелерінің  жиынынан,  37-су- 
ретге  кескінделгендей,  қисық  сызық  жасалады.  Р  қысым  мен  Т 
температураның  берілген  мэндеріне  сэйкес 
нүкте  үшін  Джоуль- 
Томсон  эффектісі,  нүкте  инверсия 
қисыгының  қай  жағында  жат- 
қандығына байланысты,  не  оң таңбалы,  не теріс таңбалы болады;  егер 
нүкте  қисықтан  төмен  жатса,  онда  Джоуль-Томсон  эффектісі  он 
т а ң б а л ы   болады,  ап  егер  жоғары  жатса,  онда  Джоуль-Томсон 
эффектісі теріс т а н б а л ы   болады.
200

III БӨЛІМ
ЭЛЕКТР Ж ӘНЕ  МАГНЕТИЗМ   НЕГІЗДЕРІ 
КІРІСПЕ
Электромагниттік  әсер  -   I  бөлімнің  басында  айтқанымыздай 
шбигатта  эзірге  белгілі  төрт  түрлі  эсерлердің  бірі  (күшті,  әлсіз, 
«іектромагнитгік  жэне  гравитациалық эсерлер).  Әрбір  эсер белгілі бір 
ксңістіктік масштабта байқалады.
Электромагниттік  әсер,  атом  жэне  молекулалар  елш емдеріне 
сэйкес  ара  кашықтықтан  (
1 0 ‘ 10
  м)  бастап,  жүз  мындаған  километрден 
ГІиті, 
одан  да  үлкен  арақашықтықта  байқалады.  Сондықтан  д а  бүл 
осср 
біздің  күнделікті  өмірімізде  гравитациялық  эсер  сияқгы  жиі 
ксід есетін  
эсер  болып  табылады.  Атомдар  мен  молекулалардың 
микроскопиялық бөлшектер -  э л е к т р о н д а р   меи  я д р о л а р д а н   қүрылуы 
ілсктромагниттік  эсер  негізінде  түсіндіріледі.  Бүл  кезде  гравита- 
киялы қ 
эсерді  ескермеуге  болады.  М акроскопиялық  қашықтықтарда 
и ісгін  
электрлік жэне магниттік қүбылыстарга мыиалар жатады:
1
.  зарядталған денелердің озара әсерлесуі;
2
. тогы бар еткізгіш тердің өзара әсерлесуі;
3. электр энергиясын өндіру жэне түгынуш ыға жеткізу;
4.  электромагниттік толқын  шыгару жэне тарату, т.с.с.
Осыпар  электромагниттік  өзара  эсерлесудің  көріністері  болып
піііылады. Сондықтан бүл  әсердің табигаттағы  маңызы зор.
201

XV.  ТАРАУ.  ЭЛЕКТР Ж ӘНЕ М АГН ЕТН ЗМ  ТАБНҒАТЫ  
Ж ӨН ІНДЕГІ ТҮСІНІКТЕР.
§1.  Электромагниттік өрістің жалпы сипаттамасы.
Электромагниттік  өріс  -   электрлік  жэне  магниттік  құбылыс- 
тардың материялық негізі  болып табылады.  Бұл  кұбылыстарды  түсіну 
үшін  заряд,  күш,  өріс  үғымдарының  арасындағы  өзара  байланысты 
зерттеу  керек.  Электромагнитгік  өріс  өзара  байланысты  екі  кұраушы, 
электр  жэне  магнит  компоненттерінен  түрады.  Осы  компонентгерді 
яғни  күраушыларды  сан  жағынан  сипаттайтын  шамалар  электр  өрісі 
кернеулігі  Е  мен  магнит  өрісінің  индукциясы  В .  Бүл  шамалар 
электромағниттік  өрістегі  зарядка  (тыныштыктағы  және  қозғалыс- 
тағы )  әсер  ететін  күштерді  анықгайды.  и  жылдамдықпен  қозғалатын 
?  зарядқа әсер ететін күш:
Ғ - ? (я + [о  в ) .  
(*)
О ртаның  электромагниттік  өріске  әсерін  ескеру  үшін  электр
өрісінің  ығысу  векторы  О  ж эне  магнит  өрісінің  кернеулігі  Н
енгізіледі.  Электр  өрісі  ығысу  векторы 
О 
мен  магнит  өрісі 
индукциясы  В  электр  жэне  магнит  өрістерінің  кернеуліктері  Ё  жэне 
Н  пен материялық катынастар арқылы байланысқан.
Ж алпы  алғанда  электромагнитгік  ерісті  электр  және  мағнит 
өрістерінен  түрады  деп  тек  шартты  түрде  қарастыруға  болады. 
Ш ынында,  бір-біріне  параллель  жылдамдықпен  қозғалатын  екі 
зарядты  параллель  токтар  ретінде  қарастырсақ,  онда  олардың 
маңында  магнит  өрісі  пайда  болуы  тиісті.  Ал  осы  зарядтың 
ж ы лдамдығына тең  жылдамдықпен  қозғалатын  координатгар  жүйесін 
қарастырсақ,  онда  қарастырылып  отырған  заряд тыныштықта  болады. 
Олай  болса  бүл  жүйеде  еш қандай  магнит  өрісі  болмайды.  Сонымен 
бір  координаталар жүйесінде электр немесе  мағнит өрісі  болса,  екінші 
координатапар  жүйесінде  болмауы  мүмкін.  Бүдан  электр  өрісі  жэне 
магнит  өрісі  деген  үғымдар  салыстырмалы,  тек  қана  элекгро- 
магниттік  өріс  деген  үғым  абсолют.  Сонымен  қатар  электро- 
магниттік  өріс  заряд  пен ток жоқ  кезде де толқын түрінде де  өздігінен 
өмір  сүре  алатындығына  көз  жеткізуге  болады.  Электромагнитгік 
өрісті  күнделікті  өмірде  кездесетін  материяның  түрлері  сияқты 
массасы,  импульсі  жэне энергиясымен сипаттауга болады, олай болса, 
оны  материяның өмір  сүруінің белғілі  бір түрі деп есептеу  керек.
202

■
§2.  З а р я д т а л г а н   м и кр о б ө лш ектер .
Кез-келген  заттың  зарядталуы,  құрамында  зарядталған  еркін 
Гіолшектің 
болуы, 
оның 
атомдары 
мен 
молекулаларының 
микроскопиялык-бөлшектер  электрон  мен  протондардан  кұрылатын- 
дығынан.  Атом  ядросының  кұрамында  оң  зарядты  п ротонд ар, 
ілсктрондык  кабыршақта  теріс  зарядты  микроскопиялык  бөлшектер 
іл ск тр о н   болатындығы  белгілі.  Қазіргі  кезде  200-ден  астам  микро 
бвлшектер,  ал  атомдар,  молекулалар  мен  иондардың  сан-алуан 
іұрлері  белгілі.  И он дар  электрондық  кабырш ақтарында  электрондар 
саиы  артық  немесе  кем  атомдар.  Көпшілік  микробөлшектердің  өмір 
Сүру  уақыты  өте  аз.  ¥ з а қ   уақыт  өмір  сүретін  зарядталған  микро- 
Оолшсктер  қатарына  электрон,  протон,  позитрон  жэне  антипротондар 
ЖВТады.
Э лектр о н   -   элементар  теріс  зарядты  иеленетін  микробөлшек, 
Оүи 
элементар  зарядтың  мэні:  е=-1,6-10'
1
?Кл. 
Электрлік  жэне
мііі питтік  құбылыстардың  классикалық  теориясында  электронды 
нүктслік  заряд,  яғни  барлық  заряды  нүктеге  ш оғырланған  деп 
іугіидіреді.  Электронның  құрылымы  туралы  мұндай  түсінік  көп 
кіііішылыктар  тудырады.  Мысалы:  нүктелік  зарядтың  электр  ерісінің 
«нсргиясы  шексіз,  олай  болса  оның  инерттік  массасы  да  ш ексіз  болу 
керск.  Бүл  жағдай  эксперименттік  жолмен  табылган  электронның 
миссасы  ше  =  9,1-10’31кг  екендігіне  қайшы  келеді.  Бұл  қайшылықты 
кипіптық 
электродинамиканың 
негізінде 
және 
оның 
әдістерін 
Іівйдаланып жою ға болады.
П ротон  -   элементар  оң  зарядты  иеленетін  микробөлшек.  Оң 
іиементар  зарядтың  мэні  ер=1,6Т0"
19
Кл.  Физиканың  бүгінгі  даму 
двцгсйінен  қарастырылатьш  протон  күрделі  бөлшек.  Оның  заряды 
10  и м  аумағында  белгілі  бір  зандылықпен  таралады.  Қазіргі  кезде 
щрнды элементар  оң жэне теріс зарядтардын бөліктеріне тең зарядтың 
микроскопиялық  иелері  тэж ірибе  жүзінде  байқалмаса  да,  теория 
Пнйынша  протон  зарядтары  +Узер  зарядындай  болатын  екі  нүктелік 
ктіркпен  заряды  -'/зер  зарядына тең  бір  нүктелік  кварктан  тұрады  деп 
Мрастырылады.  Мүндай  көзқарас  элементар  бөлшек-тердің  ішкі 
Кййшылығы жоқ физикалық теориясын жасауға жағдай туғызады.
Н ейтрон 
-  
атом 
ядросының 
кұрамына 
кіретін 
негізгі 
Оолшектердің  бірі,  оның  толық  заряды  нольге  тең.  Сонымен  қатар 
іылымның  көрсетуіне  қарағанда  элементар  бөлшектер  теориясьшда 
исйіронды  заряды  -!/зер  екі  нүктелік  кварк  пен  заряды  +Узер  бір 
иүктелік кварктан тұрады деп  қарастырылады.
203

Зарядталған 
микробелшектер 
эл ек тр о н  
мен 
п рото н н ы н  
зарядтарының  мэні  осы  уақытқа  дейін  тәжірибе  жұзінде  анықталған 
ең  кіші  заряд  болып  табылады.  Олай  болса  кез  келғен  зарядталған 
дененің  зарядтарының  сан  мэні  осы  ең  кіші  зарядтың  мәнінен  бүтін 
есеғе өзғере алатыны белғілі, яғни зарядтапған дене заряды
Ч =±п|е|, (п=1,2,3....)
бола алады.
1909  жылы  М илликен  зарядталған  май  түйіршіктерінің  электр 
өрісіндеғі 
қозғалысын 
зертгей 
отырып, 
май 
түйіршіктерінің 
зарядының 
өзгерісі 
Дя=±п|е| 
тең 
екендігін 
тәжірибе 
жүзінде 
анықтаған.  Сонымен  қатар  резонанстық  әдістерді  пайдалану  арқылы 
зарядтардың  өзгерісі  осындай  болатындығы  да  тэж ірибе  жүзінде 
анықталды.  Сонда  кез  келген  зарядталған  дененің  заряды  дискретгі 
мэндер  қабылдайтындығын  көреміз.  О ң  жэне  теріс  элементар 
зарядтың  мэндерінің  өте  жоғары  дэлдікте  өзара  тең  екендігі  де 
ғажайып  фактілердің  бірі. 
Сутегі  жэне  басқа  да  элементтер 
атомдарының  электр  жэне  магнит  өрістерінде  ауыткуын  тексеру 
арқылы  электрон  мен  протон  зарядының  өзара  тендігі 
1 0
'
19
-
1 0
':і 
дэлдікпен 
анықгалған. 
Элементар 
зарядтың 
сандық 
мэнінің 
инварианттьшығын 
атомның 
өте 
жоғары 
дәлдікте 
бейтарап 
екендігімен  түсіндіруге  болады.  Себебі  атом  күрамындағы  электрон 
мен  протонның  массалары  эр  түрлі  болғандықтан  электрондар 
жылдамдығы  протон  жылдамдығынан  әлдеқайда  үлкен.  Осыған 
қарамастан  гелий  сияқты  жеңіл  элемент  атомдарымен  қатар,  ауыр 
элементтер  атомдарының  бейтарап  болуы  У=0,5с  жьшдамдыққа 
дейінгі  дәлдікпен  элементар  зарядтың  сандық  мәнінің  жылдамдыққа 
тәуелсіз, яғни  оның инвариантты екендігін керсетеді.
§4. З а р я д т ы ң  с а к т а л у  зац ы .
Электрлік  түрғыдан  түйық  жүйенің  зарядының  алгебрапық 
қосындысы  өзғермейді.  Осы  түжырымды  зарядтардың  сақталу  заңы 
деп  атайды.  Осы  заңнан  егер  түйық  жүйеде  оң  микробөлшек  пайда 
болса,  онда  міндетті  түрде  теріс  зарядталған  микробөлшек  пайда 
болады  деген  салдар  шығады.  Сонымен  қатар  түйық  жүйедегі 
оң 
микробөлшектің  саны  қанш ага  кемісе,  онда  теріс  микробөлшектің 
саны  сонш аға  артуға  тиісті.  Элементар  зарядтардың  жоғалуы  жэне 
қайтадан  пайда болуы  мүмкін.  Алайда әрқашан  қарама-қарсы таңбалы 
екі  элементар  заряд  бір  мезгілде  жоғалады  немесе  пайда  болады.
§3.  Э лем ен тар за р я д  ж әне о н ы н  и н в а р и а н т т ы ғ ы .
204

Сондықтан  электрлік  изоляцияланған  жүйе  зарядтарының  жалпы 
косындысы  өзғеруі  мүмкін  емес.  Осы  жоғарыда  айтылғандай 
•исментар  зарядтардың  сақталу  зацы  деп  аталады.  Еғер  зарядталған 
Оолшектер,  мысалы  электрондар  дене  ішінде  азды-көпті  қозғала  алса, 
омда  бүл  заттар  электр  тогын  еркін  еткізуге  қабілетті  болады. 
К,о ігалыстары  электр  тогын  туғызатын  заряд  тасымалдаушылар  тек 
шскгрон  ғана  емес,  мысалы  иондар  да  электр  тогын  туғызады. 
Ишідар  -  өздерінен  бір  немесе  бірнеше  электронды  жоғалтқан  не 
КОСЫП 
алған  атомдар  немесе  молекулалар  болуы  мүмкін.  Электр 
юіын  өткізу  қабілетіне  сәйкес  барлық  заттар  диэлектриктер, 
(и юляторлар)  өткізгіштер  жэне  жартылай  өткізгіш тер  болып 
йолінеді.
Идеап  изоляторлар табигатта болмайды, барлық заттар болмашы
ііі  длрежеде  болса  да  электр  тогын  өткізеді.  Бірақта  диэлектрик  деп 
йіплатын  заттар токты  өткізгіш тер деп  аталатын  заттардан 
1 0 15
 -   ІО
20 
і с с
 
нашар өткізеді.
Ж артылай өткізгіш тер деп -  ток  өткізгіштік  қабілеті  бойынша 
оікіігіш тер  мен  диэлектрик  арасындағы  аралық  облысты  толтырып 
іурган 
затты айтады.
205

XVI. ТА РА У .  Э Л Е К Т Р О С Т А Т И К А

жүктеу/скачать 8,69 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: