Care este numele sarcinii electrice. O unitate de măsură pentru încărcarea electrică. Electricitate. Pandantiv. Coulomb. Acțiuni. Relații. Sens. Magnitudinea. mod - polarizare electronică

Experimente simple privind electrificarea diferitelor corpuri ilustrează următoarele prevederi.

1. Există două tipuri de taxe: pozitive (+) și negative (-). O sarcină pozitivă apare atunci când sticla este frecată de piele sau mătase, iar o sarcină negativă apare atunci când chihlimbarul (sau ebonitul) este frecat de lână.

2. Taxe (sau corpuri încărcate) interacționează unul cu celălalt. Ca și acuzațiile respinge, dar încărcături de semne contrarii sunt atrase.

3. Starea de electrificare poate fi transferată de la un corp la altul, care este asociat cu transferul de încărcare electrică. În acest caz, o sarcină mai mare sau mai mică poate fi transferată în corp, adică sarcina are o magnitudine. În timpul electrificării prin frecare, ambele corpuri capătă o sarcină, unul fiind pozitiv și celălalt negativ. Trebuie subliniat faptul că valorile absolute ale sarcinilor corpurilor electrificate prin frecare sunt egale, lucru confirmat de numeroase măsurători ale sarcinilor folosind electrometre.

A devenit posibil să se explice de ce corpurile sunt electrificate (adică încărcate) în timpul fricțiunii după descoperirea electronului și studiul structurii atomului. După cum știți, toate substanțele sunt compuse din atomi; la rândul lor, atomii constau din particule elementare - încărcate negativ electroni incarcat pozitiv protoniși particule neutre - neutroni... Electronii și protonii sunt purtători de sarcini electrice elementare (minime).

Încărcare electrică elementară ( e) Este cea mai mică sarcină electrică, pozitivă sau negativă, egală cu valoarea sarcinii electronice:

e = 1,6021892 (46) 10-19 C.

Există multe particule elementare încărcate și aproape toate au o încărcare + e sau -e cu toate acestea, aceste particule au o durată de viață foarte scurtă. Ei trăiesc mai puțin de o milionime de secundă. Numai electronii și protonii există într-o stare liberă pe termen nelimitat.

Protonii și neutronii (nucleonii) alcătuiesc nucleul încărcat pozitiv al atomului, în jurul căruia se rotesc electronii încărcați negativ, al căror număr este egal cu numărul de protoni, astfel încât atomul în ansamblu să fie electrocentri.

În condiții normale, corpurile formate din atomi (sau molecule) sunt neutre din punct de vedere electric. Cu toate acestea, în procesul de frecare, o parte din electronii care și-au părăsit atomii se pot deplasa de la un corp la altul. În acest caz, deplasările electronilor nu depășesc dimensiunea distanțelor interatomice. Dar dacă corpurile sunt separate după frecare, atunci ele vor fi încărcate; corpul care a donat o parte din electronii săi va fi încărcat pozitiv, iar corpul care i-a dobândit va fi încărcat negativ.

Deci, corpurile sunt electrificate, adică primesc o sarcină electrică atunci când pierd sau câștigă electroni. În unele cazuri, electrificarea se datorează mișcării ionilor. În acest caz, nu apar noi sarcini electrice. Există doar o separare a sarcinilor existente între corpurile electrizante: o parte a sarcinilor negative trece de la un corp la altul.

Determinarea taxei.

Trebuie subliniat faptul că sarcina este o proprietate inerentă a unei particule. Vă puteți imagina o particulă fără sarcină, dar nu vă puteți imagina o sarcină fără o particulă.

Particulele încărcate se manifestă prin atracție (spre deosebire de sarcini) sau prin repulsie (cum ar fi sarcinile) cu forțe care sunt cu multe ordine de mărime mai mari decât cele gravitaționale. Deci, forța de atracție electrică a unui electron către un nucleu dintr-un atom de hidrogen este de 10 39 de ori mai mare decât forța de atracție gravitațională a acestor particule. Se numește interacțiunea dintre particulele încărcate interacțiunea electromagnetică, iar sarcina electrică determină intensitatea interacțiunilor electromagnetice.

În fizica modernă, sarcina este definită după cum urmează:

Incarcare electrica Este o mărime fizică care este sursa unui câmp electric, prin care se realizează interacțiunea particulelor cu o sarcină.

Electricitatea ne înconjoară din toate părțile. Dar odată nu a fost așa. Deoarece cuvântul în sine vine de la numele grecesc pentru un anumit material: „electron”, în greacă, „chihlimbar”. Au fost efectuate experimente amuzante cu el, asemănătoare cu trucurile. Oamenii au iubit întotdeauna miracolele, dar aici - tot felul de praf, fibre, fire, fire de păr au început să fie atrași de o bucată de chihlimbar, nu trebuia decât să o freci cu o bucată de pânză. Adică, această pietricică aurie nu are „mânere” mici, dar poate ridica vilozități.

În contact cu

Acumularea de energie electrică și cunoștințe despre aceasta

O acumulare vizibilă de energie electrică a avut loc și atunci când au îmbrăcat meșteșuguri din chihlimbar: mărgele de chihlimbar, cleme de chihlimbar. Există deja explicații, cu excepția modului pură magie, nu ar putea exista. La urma urmei, pentru ca trucul să aibă succes, a fost necesar să sortăm mărgelele cu mâinile uscate extrem de curate și așezate în haine curate. Și părul curat, bine purtat cu un ac de păr, dă ceva frumos și înspăimântător: un halou de păr care iese în sus. Și chiar trosnind. Și chiar și în întuneric există sclipiri. Aceasta este acțiunea spiritului, solicitantă și capricioasă, precum și teribilă și de neînțeles. Dar a sosit timpul, iar fenomenele electrice au încetat să mai fie teritoriul spiritului.

Au început să numească orice simplu - „interacțiune”. Atunci au început să experimenteze. Au venit cu o mașină specială pentru aceasta (mașină electroforetică) și un borcan pentru stocarea energiei electrice (banca Leiden). Și un dispozitiv care ar putea arăta deja ceva „egal-mai-mai puțin” în raport cu electricitatea (electroscop). Rămâne doar să explicăm toate acestea folosind limbajul formulelor în creștere.

Așadar, omenirea s-a gândit la nevoia de a realiza prezența în natură a unei anumite sarcini electrice. De fapt, titlul nu conține nicio descoperire. Mijloace electrice asociate fenomenelor, al cărui studiu a început cu magia chihlimbarului... Cuvântul „încărcare” vorbește doar despre posibilitățile vagi inerente obiectului, ca o ghiulea într-un tun. Este pur și simplu clar că electricitatea poate fi produsă cumva și stocată cumva. Și cumva ar trebui măsurat. Precum și o substanță obișnuită, cum ar fi uleiul.

Și, prin analogie cu substanțe, despre cele mai mici particule (atomi), au vorbit mai încrezători încă din vremea lui Democrit, și a decis că sarcina trebuie să conste cu siguranță din „corpusculi” foarte mici - corpuri similare. Numărul căruia într-un corp mare încărcat va da magnitudinea sarcinii electrice.

Încărcarea electrică - legea conservării sarcinii

Desigur, atunci și aproximativ nu și-au putut imagina câte astfel de „corpusculi” electrici ar putea fi găsiți chiar și într-un corp foarte mic încărcat. Dar era încă necesară o unitate practică de încărcare electrică. Și au început să-l inventeze. Pandantivul, după care a fost numită mai târziu o astfel de unitate, a măsurat aparent magnitudinea sarcinilor cu ajutorul unor bile de metal, cu care a realizat experimente, dar cumva relativ. Mi-a deschis faimoasa lege a lui Coulomb, în care a scris algebric că forța care acționează între două sarcini q1 și q2 separate de o distanță R este proporțională cu produsul lor și invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele.

Coeficient k depinde de mediul în care are loc interacțiunea, dar în vid este egală cu unitatea.

Probabil, după Kepler și Newton, nu a fost atât de dificil să faci astfel de lucruri. Distanța este ușor de măsurat. A împărțit acuzațiile fizic, atingând unele mingi de altele. S-a dovedit că pe două bile identice, dacă una este încărcată și cealaltă nu, la contact, sarcina este împărțită în jumătăți - împrăștie peste ambele bile. Deci, el a obținut valori fracționare ale mărimii inițiale necunoscute q.

Studiu interacțiunea sarcinilor electrice, a făcut măsurători la diferite distanțe între bile, a înregistrat abaterile de pe balanța sa de torsiune, care se obțin atunci când bilele încărcate sunt respinse una de cealaltă. Aparent, legea sa a fost o victorie pură pentru algebră, deoarece Coulomb însuși nu cunoștea unitățile pentru măsurarea sarcinii „coulomb” și pur și simplu nu putea.

O altă victorie a fost descoperirea faptului că suma totală a acestei cantități q în bile, pe care el a putut să o încarce în acest fel, a rămas mereu neschimbată. Pentru care a numit legea deschisă legea conservării sarcinii.

Q = q 1 + q 2 + q 3 + ... + q n

Trebuie să aducem tribut acurateței și răbdării omului de știință, precum și curajului cu care și-a proclamat legile, neavând o unitate din ceea ce a studiat.

Particulă de energie electrică - încărcare minimă

Abia mai târziu au ghicit că elementara, adică cea mai mică sarcină electrică este ... un electron. Doar nu o mică bucată de chihlimbar, ci o particulă inexprimabil de mică, nici măcar o substanță (aproape), dar care este neapărat prezentă în orice corp material. Și chiar în fiecare atom al oricărei substanțe... Și nu numai în atomi, ci și în jurul lor. Si acelea:

• care sunt în atomi se numesc electroni legați.
• și care sunt în jur - electroni liberi.

Electronii sunt legați într-un atom, deoarece nucleul atomic conține și particule de încărcare - protoni și fiecare proton va atrage cu siguranță un electron către el însuși. Doar conform legii lui Coulomb.

Și încărcătura pe care o puteți vedea sau simți este rezultatul:

• frecare,
• acumulare,
• reactie chimica,
• inductie electromagnetica,

sunt doar electroni liberi, care au fost aruncați din atomi din cauza diferitelor neînțelegeri:

1. din impactul unui alt atom (emisie de căldură)
2. un cuantum de lumină (fotoemisiune) și din alte motive

și roaming în interiorul unor corpuri macroscopice uriașe (de exemplu, fire de păr).

Pentru electroni, corpurile obiectelor noastre sunt cu adevărat imense. Într-o unitate de încărcare (coulomb) - există aproximativ câți electroni: 624 150 912 514 351 000 cu puțin. Sună așa: 624 de miliarde 150 trilioane 912 miliarde 514 milioane 351 mii de electroni într-un coulomb de încărcare electrică.

Un pandantiv este o valoare foarte simplă și este aproape de noi. Pandantivul este aceeași încărcare pe care curge într-o secundă prin secțiunea transversală a unui conductor dacă curentul din el are o forță de un amper... Adică, la 1 amper pentru fiecare secundă, doar acești 624 de miliarde ... de electroni vor pâlpâi prin secțiunea transversală a firului.

Electronii sunt atât de mobili și se mișcă atât de repede în interiorul corpurilor fizice încât ne aprind becul într-o clipă, imediat ce apăsăm comutatorul. Și de aceea interacțiunea electrică pe care o avem este atât de rapidă încât în ​​fiecare secundă apar evenimente numite „recombinare”. Electronul scăpat găsește atomul din care electronul tocmai a scăpat și ocupă un spațiu liber în el.

Numărul de astfel de evenimente pe secundă este, de asemenea, de ordinea ... ei bine, toată lumea își imaginează deja acest lucru. Și aceste evenimente se repetă continuu, când electronii părăsesc atomii, apoi se întorc la atomi. Ei fug - se întorc. Așa este viața lor, fără aceasta pur și simplu nu pot exista. Și numai datorită acestui fapt există electricitate - sistemul care a devenit o parte din viața noastră, confortul nostru, nutriția și conservarea noastră.

Direcția curentului. Cine este responsabil în sarcina noastră?

Doar așa a rămas o mică curiozitate, pe care toată lumea o știe, dar niciunul dintre fizicieni nu dorește să o rezolve.

Când Pendant păcălea cu mingile, au văzut că există două tipuri de acuzații. Și acuzațiile de același fel sunt respinse una de cealaltă, iar acuzațiile de altele sunt atrase. Era firesc să numim una dintre ele pozitive și altele negative... Și presupunem că curentul electric curge de unde este mai mult, până unde este mai puțin. Adică de la plus la minus. Așa că a rămas în mintea fizicienilor de mai multe generații.

Dar apoi nu electronii au fost descoperiți mai întâi, ci ionii. Aceștia sunt exact aceiași atomi inconsolabili care și-au pierdut electronul. În nucleul căruia există un proton „suplimentar” și, prin urmare, sunt încărcați. Ei bine, așa cum a fost descoperit, au oftat imediat și au spus - iată-l, tu ești sarcina noastră pozitivă. Iar gloria unei particule încărcate pozitiv era atât de înrădăcinată în spatele protonului.

Și apoi au ghicit că atomii sunt de cele mai multe ori neutri, deoarece încărcătura electrică a nucleului este echilibrată de sarcina cojilor de electroni care se rotesc în jurul nucleului. Adică au construit un model planetar al atomului. Și abia atunci și-au dat seama că atomii alcătuiesc toată (aproape) materia, rețeaua sa cristalină solidă sau întreaga masă a corpului său lichid. Adică, protonii cu neutroni stau solid în nucleele atomilor. Și nu rula comisioane precum electroni ușori și mobili. Prin urmare, curentul nu rulează de la plus la minus, ci invers, de la minus la plus.

« Fizică - Grad 10 "

Să luăm în considerare mai întâi cel mai simplu caz, când corpurile încărcate electric sunt în repaus.

Secțiunea de electrodinamică dedicată studiului condițiilor de echilibru a corpurilor încărcate electric se numește electrostatică.

Ce este încărcarea electrică?
Ce taxe există?

Cu cuvinte electricitate, încărcare electrică, curent electric te-ai întâlnit de multe ori și te-ai obișnuit cu ele. Dar încearcă să răspunzi la întrebarea: „Ce este o încărcare electrică?” Însăși conceptul încărca- acesta este un concept de bază, primar, care la nivelul actual de dezvoltare a cunoștințelor noastre nu se reduce la niciun concept mai simplu, elementar.

Să încercăm mai întâi să aflăm ce se înțelege prin afirmația: „Acest corp sau particulă are o încărcare electrică”.

Toate corpurile sunt construite din cele mai mici particule, care sunt indivizibile în altele mai simple și, prin urmare, sunt numite elementar.

Particulele elementare au masă și din această cauză sunt atrase una de cealaltă conform legii gravitației universale. Cu o creștere a distanței dintre particule, forța gravitațională scade în proporție inversă cu pătratul acestei distanțe. Majoritatea particulelor elementare, deși nu toate, în plus, au capacitatea de a interacționa între ele cu o forță care scade și invers cu pătratul distanței, dar această forță este de multe ori mai mare decât forța gravitațională.

Deci, în atomul de hidrogen, prezentat schematic în Figura 14.1, un electron este atras de nucleu (proton) cu o forță de 10 de 39 ori mai mare decât forța de atracție gravitațională.

Dacă particulele interacționează între ele cu forțe care scad odată cu creșterea distanței în același mod ca forțele gravitației universale, dar depășesc forțele gravitației de multe ori, atunci spun că aceste particule au o sarcină electrică. Particulele în sine sunt numite taxat.

Există particule fără sarcină electrică, dar nu există sarcină electrică fără o particulă.

Se numește interacțiunea particulelor încărcate electromagnetic.

Sarcina electrică determină intensitatea interacțiunilor electromagnetice, la fel cum masa determină intensitatea interacțiunilor gravitaționale.

Încărcarea electrică a unei particule elementare nu este un mecanism special într-o particulă care ar putea fi îndepărtată din ea, descompusă în părțile sale componente și reasamblată. Prezența unei sarcini electrice într-un electron și în alte particule înseamnă doar existența anumitor interacțiuni de forță între ele.

Noi, în esență, nu știm nimic despre sarcină dacă nu cunoaștem legile acestor interacțiuni. Cunoașterea legilor interacțiunilor ar trebui să facă parte din înțelegerea noastră a sarcinii. Aceste legi nu sunt ușoare și este imposibil să le rezumăm în câteva cuvinte. Prin urmare, este imposibil să se dea o scurtă definiție suficient de satisfăcătoare a conceptului incarcare electrica.

Două semne de încărcare electrică.

Toate corpurile au masă și, prin urmare, sunt atrași unul de celălalt. Corpurile încărcate se pot atrage și respinge reciproc. Acest fapt cel mai important, familiar pentru dvs., înseamnă că în natură există particule cu sarcini electrice de semne opuse; în cazul sarcinilor cu același semn, particulele sunt respinse, iar în cazul celor diferite, sunt atrase.

Încărcarea elementară a particulelor - protoni, care fac parte din toate nucleele atomice, se numesc pozitive, iar sarcina electroni- negativ. Nu există nicio diferență între sarcinile interne pozitive și negative. Dacă semnele sarcinilor particulelor ar fi inversate, atunci natura interacțiunilor electromagnetice nu s-ar schimba deloc.

Sarcina elementară.

Pe lângă electroni și protoni, există mai multe tipuri de particule elementare încărcate. Dar numai electronii și protonii pot exista pe termen nelimitat într-o stare liberă. Restul particulelor încărcate trăiesc mai puțin de o milionime de secundă. Se nasc în coliziuni de particule elementare rapide și, existând pentru o perioadă neglijabilă, se descompun, transformându-se în alte particule. Veți face cunoștință cu aceste particule în clasa a XI-a.

Particulele care nu au încărcare electrică includ neutron... Masa sa depășește ușor masa unui proton. Neutronii, împreună cu protonii, fac parte din nucleul atomic. Dacă o particulă elementară are o sarcină, atunci valoarea acesteia este strict definită.

Corpuri încărcate Forțele electromagnetice din natură joacă un rol imens datorită faptului că particulele încărcate electric fac parte din toate corpurile. Părțile constitutive ale atomilor - nuclei și electroni - au o sarcină electrică.

În mod direct acțiunea forțelor electromagnetice dintre corpuri nu este detectată, deoarece corpurile în starea lor normală sunt neutre din punct de vedere electric.

Atomul oricărei substanțe este neutru, deoarece numărul de electroni din el este egal cu numărul de protoni din nucleu. Particulele încărcate pozitiv și negativ sunt conectate între ele prin forțe electrice și formează sisteme neutre.

Un corp macroscopic este încărcat electric dacă conține o cantitate excesivă de particule elementare cu orice semn de încărcare. Deci, sarcina negativă a corpului se datorează excesului numărului de electroni în comparație cu numărul de protoni, iar sarcina pozitivă se datorează lipsei de electroni.

Pentru a obține un corp macroscopic încărcat electric, adică pentru a-l electriza, este necesar să separați o parte din sarcina negativă de sarcina pozitivă asociată cu acesta sau să transferați o sarcină negativă către un corp neutru.

Acest lucru se poate face folosind frecarea. Dacă vă periați părul uscat, atunci o mică parte din cele mai mobile particule încărcate - electronii vor trece de la păr la pieptene și îl vor încărca negativ, iar părul va fi încărcat pozitiv.

Egalitatea tarifelor în timpul electrificării

Cu ajutorul experienței, se poate dovedi că în timpul electrificării prin frecare, ambele corpuri dobândesc sarcini care sunt opuse în semn, dar de același modul.

Luați un electrometru, pe a cărui tijă este fixată o sferă de metal cu o gaură și două plăci pe mânere lungi: una din ebonit și cealaltă din plexiglas. Când se freacă unul pe altul, plăcile se electrificează.

Să aducem una dintre plăcile în interiorul sferei fără a atinge pereții acesteia. Dacă placa este încărcată pozitiv, atunci o parte din electroni din săgeată și tija electrometrului vor fi atrași de placă și se vor colecta pe suprafața interioară a sferei. În acest caz, săgeata va fi încărcată pozitiv și respinsă din tija electrometrului (Fig. 14.2, a).

Dacă aduceți o altă placă în sferă, după ce ați îndepărtat-o ​​anterior pe prima, atunci electronii sferei și tija vor fi respinși de pe placă și se vor acumula în exces pe săgeată. Acest lucru va face săgeata să se abată de la tijă și în același unghi ca în primul experiment.

După ce am coborât ambele plăci în interiorul sferei, nu vom găsi deloc nicio deviere a săgeții (Fig. 14.2, b). Acest lucru demonstrează că sarcinile plăcilor sunt egale în mărime și opuse în semn.

Electrificarea corpurilor și manifestările sale. Electrificarea semnificativă are loc atunci când țesăturile sintetice sunt frecate. Dacă îți scoți cămașa din material sintetic în aer uscat, poți auzi sunetul caracteristic de scârțâit. Scântei mici sar între zonele încărcate ale suprafețelor de frecare.

În tipografii, hârtia se electrificează în timpul tipăririi, iar foile se lipesc între ele. Pentru a preveni acest lucru, dispozitivele speciale sunt utilizate pentru a scurge încărcătura. Cu toate acestea, electrificarea corpurilor în contact strâns este uneori utilizată, de exemplu, în diferite mașini de electrocopiere etc.

Legea conservării încărcăturii electrice.

Experiența cu electrificarea plăcilor demonstrează că, în timpul electrificării prin frecare, există o redistribuire a sarcinilor existente între corpurile care anterior erau neutre. O mică fracțiune de electroni este transferată de la un corp la altul. În același timp, nu apar particule noi, iar cele existente anterior nu dispar.

Când corpurile sunt electrificate, legea conservării sarcinii electrice... Această lege este valabilă pentru un sistem care nu intră din exterior și din care nu ies particulele încărcate, adică pentru sistem izolat.

Într-un sistem izolat, se păstrează suma algebrică a sarcinilor tuturor corpurilor.

q 1 + q 2 + q 3 + ... + q n = const. (14.1)

unde q 1, q 2 etc. sunt sarcinile fiecărui corp încărcat.

Legea conservării sarcinii are un sens profund. Dacă numărul de particule elementare încărcate nu se modifică, atunci îndeplinirea legii de conservare a sarcinii este evidentă. Dar particulele elementare se pot transforma unele în altele, se pot naște și dispar, dând viață particulelor noi.

Cu toate acestea, în toate cazurile, particulele încărcate se nasc numai în perechi cu sarcini de aceeași magnitudine și opuse în semn; particulele încărcate dispar, de asemenea, numai în perechi, transformându-se în cele neutre. Și în toate aceste cazuri, suma algebrică a sarcinilor rămâne aceeași.

Valabilitatea legii conservării sarcinii este confirmată de observațiile unui număr mare de transformări ale particulelor elementare. Această lege exprimă una dintre cele mai fundamentale proprietăți ale sarcinii electrice. Motivul conservării încărcăturii este încă necunoscut.

Fenomenele electrice sunt cunoscute din cele mai vechi timpuri. Chiar și în Grecia antică (secolul VII î.Hr.), au observat că, dacă chihlimbarul este frecat de lână, atunci acesta va atrage diverse obiecte ușoare.

Mai târziu, W. Hilbert (secolul al XVI-lea) a descoperit că, pe lângă chihlimbar, porțelanul și multe alte corpuri, frecate anterior cu piele sau alte materiale moi, au proprietatea de a atrage obiecte ușoare. V. Hilbert a numit acest fenomen electrificare(electronul în greacă este chihlimbar).

Se spune că sunt corpuri capabile de astfel de interacțiuni încărcat electric, adică li se dă o încărcare electrică.

Încărcare electrică q este o mărime scalară fizică care caracterizează capacitatea corpurilor de a participa la interacțiunile electromagnetice.

Încărcarea electrică este indicată prin litere q sau Î... În Sistemul Internațional de Unități (SI), unitatea de încărcare - coulombul este setat folosind unitatea puterii curente:

• 1 culomb (C) este o sarcină care trece prin secțiunea transversală a unui conductor în 1 s la un curent de 1 A.

Este imposibil să îi spui unui corp mic o încărcare de 1 C, așa că cel mai adesea vom folosi multipli:

1 µC = 1⋅10 –6 C, 1 nC = 1⋅10 –9 C.

• * Două încărcături de 1 C la o distanță de 1 km s-ar respinge reciproc cu o forță puțin mai mică decât forța cu care pământul atrage o sarcină cu o masă de 1 tonă. Prin urmare, respingându-se unele de altele, particulele încărcate nu ar putea fi ținut pe un astfel de corp.

Sarcina de 1 C este foarte mare. Dar într-un conductor, care este în general neutru, nu este dificil să puneți în mișcare o sarcină de 1 C. Într-adevăr, într-un bec obișnuit cu o putere de 100 W la o tensiune de 127 V, este stabilit un curent care este puțin mai mic de 1 A. În același timp, în 1 s, o sarcină trece prin secțiunea transversală a dirijor, aproape egal cu 1 C.

Pentru a detecta și măsura sarcinile electrice, este folosit electrometru... Electrometrul este format dintr-o tijă metalică și o săgeată care se poate roti în jurul unei axe orizontale (Fig. 1). Lanseta cu săgeată este fixată într-un manșon din plexiglas și este plasată într-o carcasă cilindrică din metal, acoperită cu capace de sticlă.

Să atingem tija electrometrului cu un băț încărcat pozitiv. Vom vedea că acul electrometrului este deviat de un anumit unghi (vezi Fig. 1). Rotația săgeții se explică prin faptul că atunci când un corp încărcat atinge tija electrometrului, sarcinile electrice sunt distribuite de-a lungul săgeții și tijei. Forțele respingătoare care acționează între sarcinile electrice cu același nume pe tijă și săgeată determină răsucirea săgeții. Electrificăm bastonul de ebonit din nou și din nou îl atingem de tija electrometrului. Experiența arată că, odată cu creșterea sarcinii electrice pe tijă, unghiul de deviere a săgeții de la poziția verticală crește. În consecință, după unghiul de deviere al acului electrometrului, se poate judeca valoarea sarcinii electrice transferate la tija electrometrului.

La fel ca în mecanică se folosește adesea conceptul de punct material, ceea ce face posibilă simplificarea semnificativă a soluției multor probleme, în electrostatică se folosește conceptul de „încărcare punctuală”.

• Încărcare punctuală- acesta este un corp atât de încărcat, ale cărui dimensiuni sunt mult mai mici decât distanța dintre acest corp și punctul de observare și alte corpuri încărcate.

În special, dacă se vorbește despre interacțiunea dintre două sarcini punctuale, atunci se presupune că distanța dintre cele două corpuri încărcate considerate este mult mai mare decât dimensiunile lor liniare.

Proprietăți de încărcare electrică

Totalitatea tuturor faptelor experimentale cunoscute face posibilă identificarea următoarelor proprietăți ale sarcinii:

• Există două tipuri de sarcini electrice, denumite în mod convențional pozitive și negative. Pozitiv corpurile care acționează asupra altor corpuri încărcate în același mod ca sticla electrificată prin frecare împotriva mătăsii se numesc corpuri încărcate. Negativ corpurile sunt numite încărcate, care acționează la fel ca ebonitul, electrificat prin frecare împotriva lânii. Alegerea numelui „pozitiv” pentru sarcinile care apar pe sticlă și „negativă” pentru sarcinile pe ebonit este complet aleatorie.

Vezi si

1. Kikoin A.K. Două tipuri de electricitate (Din istoria fizicii) // Kvant. - 1984. - Nr. 1. - S. 34-36

• Taxele pot fi transferate (de exemplu, prin contact direct) de la un corp la altul. Spre deosebire de masa corporală, sarcina electrică nu este o caracteristică inseparabilă a unui corp dat. Unul și același corp în condiții diferite poate avea o sarcină diferită. Dar nu există nicio taxă fără un corp.
• Taxele interacționează între ele: omonim taxe respinge, spre deosebire de - atrage.
• Incarcare electrica discret... Aceasta înseamnă că există o sarcină elementară mai mică, universală, non-divizibilă, astfel încât sarcina q al oricărui corp este un multiplu al acestei sarcini elementare: \ (~ q = N \ cdot e \), unde N- un număr întreg de taxe, e= 1,6 ∙ 10 -19 C - valoarea sarcinii elementare. Un exemplu de particule cu o sarcină pozitivă elementară este proton, cu o sarcină elementară negativă - electron... * Deoarece valoarea sarcinii elementare este foarte mică, pentru majoritatea corpurilor încărcate observate și utilizate în practică, numărul N atât de mare încât natura discretă a schimbării sarcinii nu se manifestă. Prin urmare, se crede că, în condiții normale, sarcina electrică a corpurilor se schimbă aproape continuu.
• Într-un corp neutru din punct de vedere electric, numărul de protoni și electroni este același și sunt distribuiți uniform pe tot volumul. Dacă numărul de electroni din corp este mai mic decât numărul de protoni, atunci este incarcat pozitiv, și dacă excesul de electroni, atunci corpul încărcat negativ... Această sarcină în exces este numită sarcina corpului: q = (N p - N e) e, Unde N p este numărul de protoni, N e este numărul de electroni.

• Legea conservării încărcăturii electriceîntr-un sistem închis, suma algebrică a sarcinilor electrice rămâne constantă pentru orice interacțiune din interiorul său: \ (~ q_1 + q_2 + \ ldots + q_n = \ operatorname (const) \). Un sistem izolat (sau închis) se numește un sistem de corpuri la care nu sunt adăugate sau îndepărtate sarcini electrice din acesta.

Nicăieri și niciodată în natură nu apare sau dispare o încărcare electrică a unui singur semn. Apariția unei sarcini electrice pozitive este întotdeauna însoțită de apariția unei sarcini negative de aceeași magnitudine. Nici încărcarea pozitivă, nici cea negativă nu pot dispărea separat, se pot neutraliza reciproc numai dacă sunt egale în modul.

Motivul conservării sarcinii electrice este încă necunoscut.

Electrizând corpul

Pentru a obține un corp macroscopic încărcat electric sau, după cum se spune, electrifica trebuie să separați o parte din sarcina negativă de pozitivul asociat cu aceasta.

• Cel mai simplu mod de a face acest lucru este cu frecare... Dacă rulați un pieptene prin păr, atunci o mică parte din cele mai mobile particule încărcate - electroni - va trece de la păr la pieptene și îl va încărca negativ, iar părul va fi încărcat pozitiv. Când sunt electrizați prin frecare, ambele corpuri dobândesc sarcini opuse în semn, dar egale în mărime.

• Un alt mod de electrizare a corpurilor este acționând asupra lor radiații diferite(în special, ultraviolete, raze X și γ radiații). Această metodă este cea mai eficientă pentru electrificarea metalelor, când, sub acțiunea radiației, electronii sunt scoși din suprafața metalică, iar conductorul capătă o încărcare pozitivă.

• Electrificarea prin influență sau „ inducție electrică". Când se aplică o sarcină pozitivă unui conductor, electronii sunt atrași de acesta și se acumulează la cel mai apropiat capăt al conductorului. Pe el există un anumit număr de electroni „în exces”, iar această parte a conductorului este încărcată negativ. La capătul îndepărtat, există o lipsă de electroni și, prin urmare, un exces de ioni pozitivi: aici apare o sarcină pozitivă. Când un corp încărcat negativ este adus la un conductor, electronii se acumulează la capătul îndepărtat și se obține un exces de ioni pozitivi la capătul apropiat. După îndepărtarea încărcăturii care provoacă mișcarea electronilor, acestea sunt din nou distribuite peste conductor, astfel încât toate părțile acestuia sunt încă neîncărcate. Sarcinile induse pot fi separate prin separarea conductorului în părți în prezența unui corp încărcat. În acest caz, electronii deplasați nu se mai pot întoarce înapoi după îndepărtarea sarcinii externe.

* Mecanism de electrificare prin frecare

Este foarte ușor să electrizi corpurile prin frecare. Dar explicarea modului în care se întâmplă acest lucru sa dovedit a fi o sarcină foarte dificilă.

1 versiune... Atunci când se electrizează corpurile, este important un contact strâns între ele. Forțele electrice țin electroni în interiorul corpului. Dar pentru diferite substanțe, aceste forțe sunt diferite. În contact strâns, o mică parte a electronilor substanței respective, în care conexiunea electronilor cu un corp este relativ slabă, trece la un alt corp. În acest caz, deplasările electronilor nu depășesc dimensiunea distanțelor interatomice (10 -8 cm). Dar dacă corpurile sunt deconectate, atunci ambele vor fi taxate. Deoarece suprafețele corpurilor nu sunt niciodată perfect netede, contactul strâns între corpurile necesare tranziției se stabilește numai pe suprafețe mici. Când corpurile se freacă unul împotriva celuilalt, crește numărul de zone cu contact strâns și, astfel, crește numărul total de particule încărcate care trec de la un corp la altul. Dar nu este clar cum se pot deplasa electronii în substanțe neconductoare (izolatori) precum ebonitul, plexiglasul și altele. La urma urmei, acestea sunt legate în molecule neutre.

Versiunea 2... Folosind exemplul unui cristal ionic LiF (izolator), această explicație arată astfel. În timpul formării unui cristal, apar diferite tipuri de defecte, în special locuri libere - locuri neumplute în nodurile rețelei de cristal. Dacă numărul locurilor vacante pentru ioni pozitivi de litiu și negativi pentru fluor nu este același, atunci cristalul va fi încărcat peste volum în timpul formării. Dar sarcina în ansamblu nu poate fi reținută de cristal mult timp. Există întotdeauna o anumită cantitate de ioni în aer, iar cristalul îi va scoate din aer până când sarcina cristalului este neutralizată de un strat de ioni de pe suprafața sa. Pentru diferiți izolați, sarcinile spațiale sunt diferite și, prin urmare, sarcinile straturilor de suprafață ale ionilor sunt diferite. În timpul fricțiunii, straturile de suprafață ale ionilor sunt amestecate și, atunci când izolatorii sunt deconectați, fiecare dintre ei se dovedește a fi încărcat.

Și pot deveni electrizați de frecare? doi izolatori identici, de exemplu aceleași cristale LiF? Dacă au aceleași sarcini spațiale intrinseci, atunci nu. Dar pot avea, de asemenea, diferite sarcini intrinseci dacă condițiile de cristalizare au fost diferite și a apărut un număr diferit de locuri libere. Experiența a arătat că electrificarea în timpul fricțiunii cristalelor identice de rubin, chihlimbar etc. poate avea loc de fapt. Cu toate acestea, explicația dată nu este corectă în toate cazurile. Dacă corpurile constau, de exemplu, din cristale moleculare, atunci apariția de locuri libere în ele nu ar trebui să ducă la încărcarea corpului.

Legea lui Coulomb

În 1785, fizicianul francez Charles Coulomb a stabilit experimental legea de bază a electrostaticii - legea interacțiunii a două corpuri sau particule încărcate cu puncte staționare.

Legea interacțiunii sarcinilor electrice staționare - legea lui Coulomb - este legea fizică de bază (fundamentală) și nu poate fi stabilită decât empiric. Nu rezultă din alte legi ale naturii.

Dacă notăm modulele tarifelor prin | q 1 | și | q 2 |, atunci legea lui Coulomb poate fi scrisă în următoarea formă:

\ (~ F = k \ cdot \ dfrac (| q_1 | \ cdot | q_2 |) (r ^ 2) \), (1)

Unde k- coeficientul de proporționalitate, a cărui valoare depinde de alegerea unităților de încărcare electrică. În sistemul SI \ (~ k = \ dfrac (1) (4 \ pi \ cdot \ varepsilon_0) = 9 \ cdot 10 ^ 9 \) Nm 2 / Cl 2, unde ε 0 este o constantă electrică egală cu 8,85 · 10 - 12 CI 2 / N · m 2.

• forța de interacțiune a două corpuri încărcate staționare în vid este direct proporțională cu produsul modulelor de încărcare și invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele.

Această putere se numește Coulomb.

Legea lui Coulomb din această formulare este valabilă numai pentru punct corpuri încărcate, pentru că numai pentru ei conceptul distanței dintre sarcini are un sens definit. Nu există corpuri încărcate cu puncte în natură. Dar dacă distanța dintre corpuri este de multe ori mai mare decât dimensiunile lor, atunci nici forma și dimensiunile corpurilor încărcate, așa cum arată experiența, nu afectează în mod semnificativ interacțiunea dintre ele. În acest caz, corpurile pot fi considerate corpuri punctuale.

Este ușor de constatat că două bile încărcate suspendate de corzi sunt fie atrase una de cealaltă, fie respinse. Prin urmare, rezultă că forțele de interacțiune a două corpuri încărcate punct staționare sunt direcționate de-a lungul liniei drepte care leagă aceste corpuri. Astfel de forțe sunt numite central... Dacă \ (~ \ vec F_ (12) \) reprezintă forța care acționează asupra primei sarcini din a doua, și \ (~ \ vec F_ (21) \) reprezintă forța care acționează asupra celei de-a doua sarcini din prima (Fig. 2, 3), apoi, conform celei de-a treia legi a lui Newton, \ (~ \ vec F_ (12) = - \ vec F_ (21) \).

Cunoscând legea interacțiunii corpurilor încărcate în puncte, este posibil să se calculeze forța de interacțiune a oricărui corp încărcat. Pentru aceasta, corpul trebuie divizat mental în elemente atât de mici, astfel încât fiecare dintre ele să poată fi considerat asemănător. Prin adăugarea geometrică a forțelor de interacțiune a tuturor acestor elemente între ele, puteți calcula forța de interacțiune rezultată.

Descoperirea legii lui Coulomb este primul pas concret în studiul proprietăților unei sarcini electrice. Prezența unei sarcini electrice în corpuri sau particule elementare înseamnă că acestea interacționează între ele în conformitate cu legea lui Coulomb. Nu s-au găsit până acum abateri de la aplicarea strictă a legii lui Coulomb.

Legea lui Coulomb este valabilă și pentru bilele încărcate la orice distanță între centrele lor, dacă densitatea volumului sau a suprafeței de încărcare a fiecăreia dintre ele este constantă. (Rețineți că, spre deosebire de interacțiunea gravitațională, interacțiunea electrostatică poate duce la atragerea și respingerea corpurilor.)

Vezi si

Literatură

1. Aksenovich L.A. Fizica în liceu: Teorie. Sarcini. Teste: Manual. alocație pentru instituțiile care furnizează primirea de obs. medii, educație / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Minsk: Adukatsya i vyhavanne, 2004. - P. 209-210, 211-214.
2. Zhilko, V.V. Fizică: manual. indemnizație pentru clasa a XI-a. educatie generala. instituții cu rus. lang. instruire cu 12 ani de studiu (niveluri de bază și avansate) / В. V. Zhilko, L. G. Markovich. - Ediția a II-a, revizuită. - Minsk: Nar. Asveta, 2008. - S. 72-79.

Incarcare electrica
q, Î
Dimensiune	T I
Unități
SI	pandantiv
SGSE	statcoulomb (Franklin)
SGSM	abculone
Alte unități	amperă oră, faraday, încărcare elementară
Note (editați)
scalar, Cuantizat

Electrostatică

Electrostatică se numește secțiunea teoriei electricității, în care sunt studiate interacțiunile și proprietățile sistemelor de sarcini electrice, staționare în raport cu cadrul de referință inerțial selectat.

Magnitudinea sarcinii electrice (în caz contrar, doar o sarcină electrică) poate lua atât valori pozitive, cât și negative; este o caracteristică numerică a purtătorilor de sarcină și a corpurilor încărcate. Această valoare este determinată astfel încât interacțiunea forței purtate de câmp între sarcini să fie direct proporțională cu magnitudinea sarcinilor, particulelor sau corpurilor care interacționează între ele și direcțiile forțelor care acționează asupra lor din câmpul electromagnetic. depinde de semnul acuzațiilor.

Sarcina electrică a oricărui sistem de corpuri constă dintr-un număr întreg de sarcini elementare, egal cu aproximativ 1,6⋅10 −19 C în sistemul SI sau 4,8⋅10 −10 unități. SGSE. Purtătorii unei sarcini electrice sunt particule elementare încărcate electric. Cea mai mică masă stabilă în particula de stare liberă cu o sarcină electrică elementară negativă este electronul (masa sa este de 9.11⋅10 −31 kg). Cea mai mică antiparticulă stabilă de masă cu o sarcină elementară pozitivă este un pozitron, care are aceeași masă ca un electron. Există, de asemenea, o particulă stabilă cu o singură încărcare elementară pozitivă - un proton (masa este de 1,67⋅10 −27 kg) și alte particule mai puțin frecvente. Sa propus o ipoteză (1964) conform căreia există și particule cu o sarcină mai mică (± ⅓ și ± ⅔ sarcină elementară) - quarcuri; cu toate acestea, ele nu se disting într-o stare liberă (și, aparent, pot exista doar în compoziția altor particule - hadroni), ca urmare, orice particulă liberă poartă doar un număr întreg de sarcini elementare.

Sarcina electrică a oricărei particule elementare este o mărime relativist invariantă. Nu depinde de cadrul de referință, ceea ce înseamnă că nu depinde dacă această sarcină este în mișcare sau în repaus, este inerentă acestei particule de-a lungul întregii sale vieți, prin urmare, particulele încărcate elementare sunt adesea identificate cu sarcinile lor electrice . În general, există atât de multe sarcini negative în natură, cât de multe pozitive. Sarcinile electrice ale atomilor și moleculelor sunt egale cu zero, iar sarcinile ionilor pozitivi și negativi din fiecare celulă a rețelelor cristaline ale solidelor sunt compensate.

Interacțiunea cu taxele

Cel mai simplu și cel mai cotidian fenomen în care se relevă faptul existenței sarcinilor electrice în natură este electrificarea corpurilor la contact. Capacitatea sarcinilor electrice atât de atracție reciprocă, cât și de respingere reciprocă se explică prin existența a două tipuri diferite de sarcini. Un tip de sarcină electrică se numește pozitiv, iar celălalt se numește negativ. Probabil că corpurile încărcate se atrag și corpurile cu sarcini similare se resping reciproc.

Când două corpuri neutre din punct de vedere electric intră în contact ca urmare a fricțiunii, încărcăturile se transferă de la un corp la altul. În fiecare dintre ele, egalitatea sumei de sarcini pozitive și negative este încălcată, iar corpurile sunt taxate diferit.

Când un corp este electrificat prin influența din el, distribuția uniformă a sarcinilor este perturbată. Acestea sunt redistribuite astfel încât într-o parte a corpului să existe un exces de sarcini pozitive, iar în cealaltă - negative. Dacă aceste două părți sunt deconectate, atunci acestea vor fi încărcate în mod opus.

Simetria în fizică
Transformare	Corespondența invarianță	Corespunzător lege conservare
↕ Transmisiuni în timp	Uniformitate timp	... energie
⊠ ,, și -simetrie	Izotropie timp	... paritate
↔ Spațiu difuzat	Uniformitate spaţiu	... impuls
↺ Rotații spațiale	Izotropie spaţiu	... moment impuls
⇆ Grupul Lorentz (impulsuri)	Relativitatea Covarianța Lorentz	... mișcare centrul de masă
~ Conversia ecartamentului	Invalanța gabaritului	... taxă

Legea conservării încărcăturii electrice

Sarcina electrică a unui sistem închis este păstrată în timp și cuantificată - se schimbă în porțiuni care sunt multipli ai unei sarcini electrice elementare, adică, cu alte cuvinte, suma algebrică a sarcinilor electrice ale corpurilor sau particulelor care formează un izolat electric sistemul nu se modifică în timpul niciunui proces care are loc în acest sistem.

În sistemul în cauză, se pot forma noi particule încărcate electric, de exemplu, electroni - datorită fenomenului de ionizare a atomilor sau moleculelor, ionilor - datorită fenomenului de disociere electrolitică etc. Cu toate acestea, dacă sistemul este izolat electric , atunci suma algebrică a încărcăturilor tuturor particulelor, inclusiv care apar din nou într-un astfel de sistem, este întotdeauna salvată.