Τι είναι αρνητικό και θετικό φορτίο. Μήπως τα όμοια φορτία απωθούν το ένα το άλλο ή εξακολουθούν να έλκονται από ένα τρίτο; Αριθμητικά χαρακτηριστικά του βαθμού πόλωσης

Περίληψη για την Ηλεκτρολογία

Συμπλήρωσε: Agafonov Roman

Αγροβιομηχανικό Κολλέγιο Λούγκα

Είναι αδύνατο να δοθεί ένας σύντομος ορισμός της χρέωσης που να είναι ικανοποιητικός από κάθε άποψη. Έχουμε συνηθίσει να βρίσκουμε κατανοητές εξηγήσεις για πολύ σύνθετους σχηματισμούς και διαδικασίες όπως το άτομο, οι υγροί κρύσταλλοι, η κατανομή των μορίων με ταχύτητα κ.λπ. Αλλά οι πιο βασικές, θεμελιώδεις έννοιες, αδιαίρετες σε απλούστερες, στερημένες, σύμφωνα με την επιστήμη σήμερα, από οποιοδήποτε εσωτερικό μηχανισμό, δεν μπορούν πλέον να εξηγηθούν εν συντομία με ικανοποιητικό τρόπο. Ειδικά αν τα αντικείμενα δεν γίνονται άμεσα αντιληπτά από τις αισθήσεις μας. Σε αυτές τις θεμελιώδεις έννοιες αναφέρεται το ηλεκτρικό φορτίο.

Ας προσπαθήσουμε πρώτα να μάθουμε όχι τι είναι ηλεκτρικό φορτίο, αλλά τι κρύβεται πίσω από τη δήλωση: αυτό το σώμα ή σωματίδιο έχει ηλεκτρικό φορτίο.

Γνωρίζετε ότι όλα τα σώματα είναι φτιαγμένα από μικροσκοπικά σωματίδια, αδιαίρετα σε απλούστερα (από όσο γνωρίζει τώρα η επιστήμη) σωματίδια, τα οποία επομένως ονομάζονται στοιχειώδη. Όλα τα στοιχειώδη σωματίδια έχουν μάζα και λόγω αυτού έλκονται μεταξύ τους. Σύμφωνα με το νόμο της παγκόσμιας βαρύτητας, η δύναμη έλξης μειώνεται σχετικά αργά όσο αυξάνεται η απόσταση μεταξύ τους: αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της απόστασης. Επιπλέον, τα περισσότερα στοιχειώδη σωματίδια, αν και όχι όλα, έχουν την ικανότητα να αλληλεπιδρούν μεταξύ τους με μια δύναμη που επίσης μειώνεται σε αντίστροφη αναλογία με το τετράγωνο της απόστασης, αλλά αυτή η δύναμη είναι πολλές φορές μεγαλύτερη από τη δύναμη της βαρύτητας . Έτσι, στο άτομο υδρογόνου, που φαίνεται σχηματικά στο Σχήμα 1, το ηλεκτρόνιο έλκεται προς τον πυρήνα (πρωτόνιο) με δύναμη 1039 φορές μεγαλύτερη από τη δύναμη της βαρυτικής έλξης.

Εάν τα σωματίδια αλληλεπιδρούν μεταξύ τους με δυνάμεις που μειώνονται αργά με την αύξηση της απόστασης και είναι πολλές φορές μεγαλύτερες από τις δυνάμεις της βαρύτητας, τότε αυτά τα σωματίδια λέγεται ότι έχουν ηλεκτρικό φορτίο. Τα ίδια τα σωματίδια ονομάζονται φορτισμένα. Υπάρχουν σωματίδια χωρίς ηλεκτρικό φορτίο, αλλά δεν υπάρχει ηλεκτρικό φορτίο χωρίς σωματίδιο.

Οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ φορτισμένων σωματιδίων ονομάζονται ηλεκτρομαγνητικές. Όταν λέμε ότι τα ηλεκτρόνια και τα πρωτόνια είναι ηλεκτρικά φορτισμένα, αυτό σημαίνει ότι είναι ικανά για αλληλεπιδράσεις συγκεκριμένου τύπου (ηλεκτρομαγνητικές) και τίποτα περισσότερο. Η έλλειψη φορτίου στα σωματίδια σημαίνει ότι δεν ανιχνεύει τέτοιες αλληλεπιδράσεις. Ηλεκτρικό φορτίοκαθορίζει την ένταση των ηλεκτρομαγνητικών αλληλεπιδράσεων, όπως η μάζα καθορίζει την ένταση των βαρυτικών αλληλεπιδράσεων. Το ηλεκτρικό φορτίο είναι το δεύτερο (μετά τη μάζα) πιο σημαντικό χαρακτηριστικό των στοιχειωδών σωματιδίων, το οποίο καθορίζει τη συμπεριφορά τους στον περιβάλλοντα κόσμο.

Ετσι

Το ηλεκτρικό φορτίο είναι ένα φυσικό βαθμωτό μέγεθος που χαρακτηρίζει την ιδιότητα των σωματιδίων ή των σωμάτων να εισέρχονται σε αλληλεπιδράσεις ηλεκτρομαγνητικής δύναμης.

Το ηλεκτρικό φορτίο συμβολίζεται με τα γράμματα q ή Q.

Ακριβώς όπως στη μηχανική χρησιμοποιείται συχνά η έννοια ενός υλικού σημείου, γεγονός που καθιστά δυνατή τη σημαντική απλοποίηση της επίλυσης πολλών προβλημάτων, κατά τη μελέτη της αλληλεπίδρασης των φορτίων, η ιδέα ενός σημειακού φορτίου είναι αποτελεσματική. Σημειακό φορτίο είναι ένα φορτισμένο σώμα του οποίου οι διαστάσεις είναι σημαντικά μικρότερες από την απόσταση από αυτό το σώμα μέχρι το σημείο παρατήρησης και άλλα φορτισμένα σώματα. Συγκεκριμένα, αν μιλούν για αλληλεπίδραση δύο σημειακών φορτίων, τότε υποθέτουν ότι η απόσταση μεταξύ των δύο φορτισμένων σωμάτων που εξετάζουμε είναι σημαντικά μεγαλύτερη από τις γραμμικές τους διαστάσεις.

Το ηλεκτρικό φορτίο ενός στοιχειώδους σωματιδίου δεν είναι ένας ειδικός «μηχανισμός» στο σωματίδιο που θα μπορούσε να αφαιρεθεί από αυτό, να αποσυντεθεί στα συστατικά μέρη του και να επανασυναρμολογηθεί. Η παρουσία ηλεκτρικού φορτίου σε ένα ηλεκτρόνιο και άλλα σωματίδια σημαίνει μόνο την ύπαρξη ορισμένων αλληλεπιδράσεων μεταξύ τους.

Στη φύση υπάρχουν σωματίδια με φορτία αντίθετων ζωδίων. Το φορτίο ενός πρωτονίου ονομάζεται θετικό και το φορτίο ενός ηλεκτρονίου ονομάζεται αρνητικό. Το θετικό πρόσημο ενός φορτίου σε ένα σωματίδιο δεν σημαίνει, φυσικά, ότι έχει κάποια ιδιαίτερα πλεονεκτήματα. Η εισαγωγή φορτίων δύο ζωδίων απλώς εκφράζει το γεγονός ότι τα φορτισμένα σωματίδια μπορούν και να προσελκύουν και να απωθούνται. Εάν τα ζώδια φορτίου είναι τα ίδια, τα σωματίδια απωθούνται, και αν τα σημάδια φορτίου είναι διαφορετικά, έλκονται.

Προς το παρόν δεν υπάρχει εξήγηση για τους λόγους ύπαρξης δύο ειδών ηλεκτρικών φορτίων. Σε κάθε περίπτωση, δεν υπάρχουν θεμελιώδεις διαφορές μεταξύ θετικών και αρνητικών φορτίων. Εάν τα σημάδια των ηλεκτρικών φορτίων των σωματιδίων άλλαζαν προς το αντίθετο, τότε η φύση των ηλεκτρομαγνητικών αλληλεπιδράσεων στη φύση δεν θα άλλαζε.

Τα θετικά και αρνητικά φορτία είναι πολύ καλά ισορροπημένα στο Σύμπαν. Και αν το Σύμπαν είναι πεπερασμένο, τότε το συνολικό του ηλεκτρικό φορτίο είναι, κατά πάσα πιθανότητα, ίσο με μηδέν.

Το πιο αξιοσημείωτο είναι ότι το ηλεκτρικό φορτίο όλων των στοιχειωδών σωματιδίων είναι αυστηρά το ίδιο σε μέγεθος. Υπάρχει ένα ελάχιστο φορτίο, που ονομάζεται στοιχειώδες, που διαθέτουν όλα τα φορτισμένα στοιχειώδη σωματίδια. Το φορτίο μπορεί να είναι θετικό, όπως ένα πρωτόνιο, ή αρνητικό, όπως ένα ηλεκτρόνιο, αλλά ο συντελεστής φόρτισης είναι ο ίδιος σε όλες τις περιπτώσεις.

Είναι αδύνατο να διαχωριστεί μέρος του φορτίου, για παράδειγμα, από ένα ηλεκτρόνιο. Αυτό είναι ίσως το πιο εκπληκτικό πράγμα. Καμία σύγχρονη θεωρία δεν μπορεί να εξηγήσει γιατί τα φορτία όλων των σωματιδίων είναι τα ίδια και δεν είναι σε θέση να υπολογίσει την τιμή του ελάχιστου ηλεκτρικού φορτίου. Προσδιορίζεται πειραματικά χρησιμοποιώντας διάφορα πειράματα.

Στη δεκαετία του 1960, αφού ο αριθμός των στοιχειωδών σωματιδίων που ανακαλύφθηκαν πρόσφατα άρχισε να αυξάνεται ανησυχητικά, υποτέθηκε ότι όλα τα έντονα αλληλεπιδρώντα σωματίδια είναι σύνθετα. Τα πιο θεμελιώδη σωματίδια ονομάζονταν κουάρκ. Αυτό που ήταν εντυπωσιακό ήταν ότι τα κουάρκ θα έπρεπε να έχουν κλασματικό ηλεκτρικό φορτίο: 1/3 και 2/3 του στοιχειώδους φορτίου. Για την κατασκευή πρωτονίων και νετρονίων, αρκούν δύο τύποι κουάρκ. Και ο μέγιστος αριθμός τους, όπως φαίνεται, δεν ξεπερνά τα έξι.

Είναι αδύνατο να δημιουργηθεί ένα μακροσκοπικό πρότυπο μιας μονάδας ηλεκτρικού φορτίου, παρόμοιο με το πρότυπο μήκους - ένα μέτρο, λόγω της αναπόφευκτης διαρροής φορτίου. Θα ήταν φυσικό να λάβουμε το φορτίο ενός ηλεκτρονίου ως ένα (αυτό γίνεται τώρα στην ατομική φυσική). Αλλά την εποχή του Coulomb, η ύπαρξη ηλεκτρονίων στη φύση δεν ήταν ακόμη γνωστή. Επιπλέον, το φορτίο του ηλεκτρονίου είναι πολύ μικρό και επομένως δύσκολο να χρησιμοποιηθεί ως πρότυπο.

Υπάρχουν δύο τύποι ηλεκτρικών φορτίων, που ονομάζονται συμβατικά θετικά και αρνητικά. Θετικά φορτισμένα σώματα είναι εκείνα που δρουν σε άλλα φορτισμένα σώματα με τον ίδιο τρόπο όπως το γυαλί που ηλεκτρίζεται από την τριβή με το μετάξι. Τα σώματα που δρουν με τον ίδιο τρόπο όπως ο εβονίτης που ηλεκτρίζεται από την τριβή με το μαλλί ονομάζονται αρνητικά φορτισμένα. Η επιλογή του ονόματος «θετικό» για τα φορτία που προκύπτουν στο γυαλί και «αρνητικό» για τα φορτία στον εβονίτη είναι εντελώς τυχαία.

Τα φορτία μπορούν να μεταφερθούν (για παράδειγμα, με άμεση επαφή) από το ένα σώμα στο άλλο. Σε αντίθεση με τη μάζα σώματος, το ηλεκτρικό φορτίο δεν είναι αναπόσπαστο χαρακτηριστικό ενός δεδομένου σώματος. Το ίδιο σώμα υπό διαφορετικές συνθήκες μπορεί να έχει διαφορετικό φορτίο.

Όπως τα φορτία απωθούν, σε αντίθεση με τα φορτία προσελκύουν. Αυτό αποκαλύπτει επίσης τη θεμελιώδη διαφορά μεταξύ των ηλεκτρομαγνητικών δυνάμεων και των βαρυτικών δυνάμεων. Οι δυνάμεις βαρύτητας είναι πάντα ελκτικές δυνάμεις.

Μια σημαντική ιδιότητα ενός ηλεκτρικού φορτίου είναι η διακριτικότητα του. Αυτό σημαίνει ότι υπάρχει κάποιο μικρότερο, καθολικό, περαιτέρω αδιαίρετο στοιχειώδες φορτίο, έτσι ώστε το φορτίο q οποιουδήποτε σώματος να είναι πολλαπλάσιο αυτού του στοιχειώδους φορτίου:

όπου N είναι ακέραιος, e είναι η τιμή του στοιχειώδους φορτίου. Σύμφωνα με τις σύγχρονες έννοιες, αυτό το φορτίο είναι αριθμητικά ίσο με το φορτίο ηλεκτρονίων e = 1,6∙10-19 C. Δεδομένου ότι η τιμή του στοιχειώδους φορτίου είναι πολύ μικρή, για τα περισσότερα από τα φορτισμένα σώματα που παρατηρούνται και χρησιμοποιούνται στην πράξη, ο αριθμός N είναι πολύ μεγάλος και η διακριτή φύση της αλλαγής του φορτίου δεν εμφανίζεται. Επομένως, πιστεύεται ότι υπό κανονικές συνθήκες το ηλεκτρικό φορτίο των σωμάτων αλλάζει σχεδόν συνεχώς.

Νόμος διατήρησης ηλεκτρικού φορτίου.

Μέσα σε ένα κλειστό σύστημα με οποιεσδήποτε αλληλεπιδράσεις αλγεβρικό άθροισμαΤα ηλεκτρικά φορτία παραμένουν σταθερά:

Απομονωμένο (ή κλειστό) σύστημα θα ονομάσουμε ένα σύστημα σωμάτων στο οποίο δεν εισάγονται ηλεκτρικά φορτία από έξω και δεν απομακρύνονται από αυτό.

Πουθενά και ποτέ στη φύση δεν εμφανίζεται ή εξαφανίζεται ένα ηλεκτρικό φορτίο του ίδιου σημείου. Η εμφάνιση θετικού ηλεκτρικού φορτίου συνοδεύεται πάντα από την εμφάνιση ίσου αρνητικού φορτίου. Ούτε το θετικό ούτε το αρνητικό φορτίο μπορούν να εξαφανιστούν χωριστά, μπορούν να εξουδετερώσουν το ένα το άλλο μόνο εάν είναι ίσα σε συντελεστή.

Έτσι μπορούν τα στοιχειώδη σωματίδια να μεταμορφωθούν το ένα στο άλλο. Πάντα όμως κατά τη γέννηση φορτισμένων σωματιδίων παρατηρείται η εμφάνιση ενός ζεύγους σωματιδίων με φορτία αντίθετου πρόσημου. Μπορεί επίσης να παρατηρηθεί η ταυτόχρονη γέννηση πολλών τέτοιων ζευγών. Τα φορτισμένα σωματίδια εξαφανίζονται, μετατρέπονται σε ουδέτερα, επίσης μόνο σε ζεύγη. Όλα αυτά τα στοιχεία δεν αφήνουν καμία αμφιβολία για την αυστηρή εφαρμογή του νόμου της διατήρησης του ηλεκτρικού φορτίου.

Ο λόγος για τη διατήρηση του ηλεκτρικού φορτίου είναι ακόμη άγνωστος.

Ηλεκτρισμός του σώματος

Τα μακροσκοπικά σώματα είναι, κατά κανόνα, ηλεκτρικά ουδέτερα. Ένα άτομο οποιασδήποτε ουσίας είναι ουδέτερο επειδή ο αριθμός των ηλεκτρονίων σε αυτό είναι ίσος με τον αριθμό των πρωτονίων στον πυρήνα. Τα θετικά και αρνητικά φορτισμένα σωματίδια συνδέονται μεταξύ τους με ηλεκτρικές δυνάμεις και σχηματίζουν ουδέτερα συστήματα.

Ένα μεγάλο σώμα φορτίζεται όταν περιέχει πλεονάζον αριθμό στοιχειωδών σωματιδίων με το ίδιο πρόσημο φορτίου. Το αρνητικό φορτίο ενός σώματος οφείλεται σε περίσσεια ηλεκτρονίων σε σύγκριση με τα πρωτόνια και το θετικό φορτίο οφείλεται στην έλλειψή τους.

Για να αποκτήσετε ένα ηλεκτρικά φορτισμένο μακροσκοπικό σώμα ή, όπως λένε, να το ηλεκτρίσετε, είναι απαραίτητο να διαχωρίσετε μέρος του αρνητικού φορτίου από το θετικό φορτίο που σχετίζεται με αυτό.

Ο ευκολότερος τρόπος για να γίνει αυτό είναι με την τριβή. Εάν περάσετε μια χτένα στα μαλλιά σας, ένα μικρό μέρος των πιο κινητών φορτισμένων σωματιδίων - ηλεκτρόνια - θα μετακινηθεί από τα μαλλιά στη χτένα και θα τα φορτίσει αρνητικά και τα μαλλιά θα φορτιστούν θετικά. Όταν ηλεκτρίζονται από την τριβή, και τα δύο σώματα αποκτούν φορτία αντίθετου πρόσημου, αλλά ίσου σε μέγεθος.

Είναι πολύ απλό να ηλεκτρίζονται σώματα χρησιμοποιώντας τριβή. Αλλά το να εξηγήσω πώς συμβαίνει αυτό αποδείχθηκε πολύ δύσκολο έργο.

1 έκδοση. Όταν ηλεκτρίζονται σώματα, η στενή επαφή μεταξύ τους είναι σημαντική. Οι ηλεκτρικές δυνάμεις συγκρατούν ηλεκτρόνια μέσα στο σώμα. Αλλά για διαφορετικές ουσίες αυτές οι δυνάμεις είναι διαφορετικές. Κατά τη στενή επαφή, ένα μικρό μέρος των ηλεκτρονίων της ουσίας στην οποία η σύνδεση των ηλεκτρονίων με το σώμα είναι σχετικά ασθενής περνά σε άλλο σώμα. Οι κινήσεις των ηλεκτρονίων δεν υπερβαίνουν τις διατομικές αποστάσεις (10-8 cm). Αν όμως τα πτώματα χωριστούν, τότε θα χρεωθούν και τα δύο. Δεδομένου ότι οι επιφάνειες των σωμάτων δεν είναι ποτέ απόλυτα λείες, η στενή επαφή μεταξύ των σωμάτων που είναι απαραίτητη για τη μετάβαση δημιουργείται μόνο σε μικρές περιοχές των επιφανειών. Όταν τα σώματα τρίβονται μεταξύ τους, ο αριθμός των περιοχών με στενή επαφή αυξάνεται, και ως εκ τούτου αυξάνεται ο συνολικός αριθμός φορτισμένων σωματιδίων που περνούν από το ένα σώμα στο άλλο. Αλλά δεν είναι ξεκάθαρο πώς μπορούν να κινηθούν τα ηλεκτρόνια σε τέτοιες μη αγώγιμες ουσίες (μονωτές) όπως ο εβονίτης, το πλεξιγκλάς και άλλα. Συνδέονται σε ουδέτερα μόρια.

Έκδοση 2. Χρησιμοποιώντας το παράδειγμα ενός ιοντικού κρυστάλλου LiF (μονωτή), αυτή η εξήγηση μοιάζει με αυτό. Όταν σχηματίζεται ένας κρύσταλλος, διάφορα είδηελαττώματα, ιδίως κενές θέσεις - ακάλυπτοι χώροι στους κόμβους του κρυσταλλικού πλέγματος. Εάν ο αριθμός των κενών θέσεων για θετικά ιόντα λιθίου και αρνητικά ιόντα φθορίου δεν είναι ο ίδιος, τότε ο κρύσταλλος θα φορτιστεί σε όγκο κατά το σχηματισμό. Αλλά το φορτίο στο σύνολό του δεν μπορεί να διατηρηθεί από τον κρύσταλλο για πολύ. Υπάρχει πάντα μια ορισμένη ποσότητα ιόντων στον αέρα και ο κρύσταλλος θα τα τραβήξει έξω από τον αέρα μέχρι να εξουδετερωθεί το φορτίο του κρυστάλλου από ένα στρώμα ιόντων στην επιφάνειά του. Διαφορετικοί μονωτές έχουν διαφορετικά φορτία χώρου, και επομένως τα φορτία των επιφανειακών στρωμάτων των ιόντων είναι διαφορετικά. Κατά τη διάρκεια της τριβής, τα επιφανειακά στρώματα των ιόντων αναμειγνύονται και όταν οι μονωτές διαχωριστούν, καθένας από αυτούς φορτίζεται.

Μπορούν δύο πανομοιότυποι μονωτές, για παράδειγμα οι ίδιοι κρύσταλλοι LiF, να ηλεκτριστούν με τριβή; Αν έχουν τις ίδιες δικές χρεώσεις χώρου, τότε όχι. Αλλά μπορούν επίσης να έχουν διαφορετικές δικές τους χρεώσεις εάν οι συνθήκες κρυστάλλωσης ήταν διαφορετικές και εμφανίστηκε διαφορετικός αριθμός κενών θέσεων. Όπως έχει δείξει η εμπειρία, ηλεκτρισμός κατά την τριβή πανομοιότυπων κρυστάλλων από ρουμπίνι, κεχριμπάρι κ.λπ. μπορεί στην πραγματικότητα να συμβεί. Ωστόσο, η παραπάνω εξήγηση είναι απίθανο να είναι σωστή σε όλες τις περιπτώσεις. Εάν τα σώματα αποτελούνται, για παράδειγμα, από μοριακούς κρυστάλλους, τότε η εμφάνιση κενών θέσεων σε αυτά δεν πρέπει να οδηγεί σε φόρτιση του σώματος.

Ένας άλλος τρόπος ηλεκτροδότησης των σωμάτων είναι η έκθεσή τους σε διάφορες ακτινοβολίες (ιδίως υπεριώδη, ακτίνες Χ και γ-ακτινοβολία). Αυτή η μέθοδος είναι πιο αποτελεσματική για τον ηλεκτρισμό μετάλλων, όταν, υπό την επίδραση της ακτινοβολίας, τα ηλεκτρόνια εκτινάσσονται από την επιφάνεια του μετάλλου και ο αγωγός αποκτά θετικό φορτίο.

Ηλεκτρισμός μέσω επιρροής. Ο αγωγός φορτίζεται όχι μόνο κατά την επαφή με ένα φορτισμένο σώμα, αλλά και όταν βρίσκεται σε κάποια απόσταση. Ας εξερευνήσουμε αυτό το φαινόμενο με περισσότερες λεπτομέρειες. Ας κρεμάσουμε ελαφριά φύλλα χαρτιού σε έναν μονωμένο αγωγό (Εικ. 3). Εάν ο αγωγός δεν φορτιστεί αρχικά, τα φύλλα θα είναι σε θέση που δεν εκτρέπεται. Ας φέρουμε τώρα μια μονωμένη μεταλλική σφαίρα, πολύ φορτισμένη, στον αγωγό, για παράδειγμα, χρησιμοποιώντας μια γυάλινη ράβδο. Θα δούμε ότι τα φύλλα που αιωρούνται στα άκρα του σώματος, στα σημεία α και β, εκτρέπονται, αν και το φορτισμένο σώμα δεν αγγίζει τον αγωγό. Ο αγωγός φορτιζόταν μέσω επιρροής, γι' αυτό και το ίδιο το φαινόμενο ονομάστηκε «ηλεκτρισμός μέσω επιρροής» ή «ηλεκτρική επαγωγή». Τα φορτία που λαμβάνονται μέσω ηλεκτρικής επαγωγής ονομάζονται επαγόμενα ή επαγόμενα. Τα φύλλα που αιωρούνται στη μέση του σώματος, στα σημεία α’ και β’, δεν αποκλίνουν. Αυτό σημαίνει ότι τα επαγόμενα φορτία προκύπτουν μόνο στα άκρα του σώματος και η μέση του παραμένει ουδέτερη ή αφόρτιστη. Φέρνοντας μια ηλεκτρισμένη γυάλινη ράβδο στα φύλλα που αιωρούνται στα σημεία α και β, είναι εύκολο να επαληθευτεί ότι τα φύλλα στο σημείο β απωθούνται από αυτήν και ότι τα φύλλα στο σημείο α έλκονται. Αυτό σημαίνει ότι στο απομακρυσμένο άκρο του αγωγού εμφανίζεται ένα φορτίο της ίδιας πινακίδας όπως στη σφαίρα και σε κοντινά μέρη προκύπτουν φορτίσεις διαφορετικής πινακίδας. Αφαιρώντας τη φορτισμένη μπάλα, θα δούμε ότι τα φύλλα θα κατέβουν. Το φαινόμενο εξελίσσεται με εντελώς παρόμοιο τρόπο αν επαναλάβουμε το πείραμα φορτίζοντας αρνητικά την μπάλα (για παράδειγμα, χρησιμοποιώντας κερί στεγανοποίησης).

Από την άποψη της ηλεκτρονικής θεωρίας, αυτά τα φαινόμενα εξηγούνται εύκολα από την ύπαρξη ελεύθερων ηλεκτρονίων σε έναν αγωγό. Όταν ένα θετικό φορτίο εφαρμόζεται σε έναν αγωγό, τα ηλεκτρόνια έλκονται σε αυτόν και συσσωρεύονται στο πλησιέστερο άκρο του αγωγού. Ένας ορισμένος αριθμός ηλεκτρονίων που «περισσεύουν» εμφανίζεται πάνω του και αυτό το τμήμα του αγωγού φορτίζεται αρνητικά. Στο μακρινό άκρο υπάρχει έλλειψη ηλεκτρονίων και, επομένως, περίσσεια θετικών ιόντων: εδώ εμφανίζεται ένα θετικό φορτίο.

Όταν ένα αρνητικά φορτισμένο σώμα πλησιάζει έναν αγωγό, τα ηλεκτρόνια συσσωρεύονται στο μακρινό άκρο και μια περίσσεια θετικών ιόντων παράγεται στο κοντινό άκρο. Αφού αφαιρεθεί το φορτίο που προκαλεί την κίνηση των ηλεκτρονίων, κατανέμονται και πάλι σε όλο τον αγωγό, έτσι ώστε όλα τα μέρη του να είναι ακόμα αφόρτιστα.

Η κίνηση των φορτίων κατά μήκος του αγωγού και η συσσώρευσή τους στα άκρα του θα συνεχιστεί έως ότου η επίδραση των υπερβολικών φορτίων που σχηματίζονται στα άκρα του αγωγού εξισορροπεί τις ηλεκτρικές δυνάμεις που προέρχονται από τη σφαίρα, υπό την επίδραση των οποίων συμβαίνει η ανακατανομή των ηλεκτρονίων. Η απουσία φορτίου στο μέσο του σώματος δείχνει ότι οι δυνάμεις που προέρχονται από τη σφαίρα και οι δυνάμεις με τις οποίες τα υπερβολικά φορτία που συσσωρεύονται στα άκρα του αγωγού δρουν στα ελεύθερα ηλεκτρόνια εξισορροπούνται εδώ.

Τα επαγόμενα φορτία μπορούν να διαχωριστούν εάν, παρουσία φορτισμένου σώματος, ο αγωγός χωριστεί σε μέρη. Μια τέτοια εμπειρία απεικονίζεται στο Σχ. 4. Σε αυτήν την περίπτωση, τα μετατοπισμένα ηλεκτρόνια δεν μπορούν πλέον να επιστρέψουν πίσω μετά την αφαίρεση της φορτισμένης σφαίρας. αφού ανάμεσα στα δύο μέρη του αγωγού υπάρχει διηλεκτρικό (αέρας). Η περίσσεια ηλεκτρονίων κατανέμεται σε όλη την αριστερή πλευρά. η έλλειψη ηλεκτρονίων στο σημείο β αναπληρώνεται εν μέρει από την περιοχή του σημείου β', έτσι ώστε κάθε τμήμα του αγωγού να αποδεικνύεται φορτισμένο: το αριστερό - με φορτίο αντίθετο σε πρόσημο από το φορτίο της μπάλας, το δεξιά - με την ίδια φόρτιση με τη φόρτιση της μπάλας. Δεν αποκλίνουν μόνο τα φύλλα στα σημεία α και β, αλλά και τα προηγουμένως ακίνητα φύλλα στα σημεία α’ και β’.

Burov L.I., Strelchenya V.M. Φυσική από το Α έως το Ω: για φοιτητές, υποψήφιους, καθηγητές. – Μν.: Παράδοξος, 2000. – 560 σελ.

Myakishev G.Ya. Φυσική: Ηλεκτροδυναμική. 10-11 τάξεις: σχολικό βιβλίο. Για σε βάθος μελέτηφυσικοί /Γ.Υα. Myakishev, A.Z. Sinyakov, B.A. Σλόμποντσκοφ. – M.Zh. Bustard, 2005. – 476 σελ.

Φυσική: Σχολικό βιβλίο. επίδομα 10ης τάξης. σχολείο και προχωρημένα τμήματα μελετημένος φυσικοί/ O. F. Kabardin, V. A. Orlov, E. E. Evenchik και άλλοι; Εκδ. A. A. Pinsky. – 2η έκδ. – Μ.: Εκπαίδευση, 1995. – 415 σελ.

Εγχειρίδιο Δημοτικής Φυσικής: Οδηγός μελέτης. Σε 3 τόμους / Εκδ. Γ.Σ. Landsberg: T. 2. Ηλεκτρισμός και μαγνητισμός. – M: FIZMATLIT, 2003. – 480 σελ.

Εάν τρίψετε μια γυάλινη ράβδο σε ένα φύλλο χαρτιού, η ράβδος θα αποκτήσει την ικανότητα να προσελκύει φύλλα λοφίου, χνούδι και λεπτές ροές νερού. Όταν χτενίζετε στεγνά μαλλιά με πλαστική χτένα, τα μαλλιά έλκονται από τη χτένα. Σε αυτά τα απλά παραδείγματα συναντάμε την εκδήλωση δυνάμεων που ονομάζονται ηλεκτρικές.

Τα σώματα ή τα σωματίδια που δρουν σε γύρω αντικείμενα με ηλεκτρικές δυνάμεις ονομάζονται φορτισμένα ή ηλεκτρισμένα. Για παράδειγμα, η γυάλινη ράβδος που προαναφέραμε, αφού τριφτεί σε ένα κομμάτι χαρτί, ηλεκτρίζεται.

Τα σωματίδια έχουν ηλεκτρικό φορτίο εάν αλληλεπιδρούν μεταξύ τους μέσω ηλεκτρικών δυνάμεων. Οι ηλεκτρικές δυνάμεις μειώνονται με την αύξηση της απόστασης μεταξύ των σωματιδίων. Οι ηλεκτρικές δυνάμεις είναι πολλές φορές μεγαλύτερες από τις δυνάμεις της παγκόσμιας βαρύτητας.

Το ηλεκτρικό φορτίο είναι ένα φυσικό μέγεθος που καθορίζει την ένταση των ηλεκτρομαγνητικών αλληλεπιδράσεων.

Οι ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις είναι αλληλεπιδράσεις μεταξύ φορτισμένων σωματιδίων ή σωμάτων.

Τα ηλεκτρικά φορτία χωρίζονται σε θετικά και αρνητικά. Τα σταθερά στοιχειώδη σωματίδια - πρωτόνια και ποζιτρόνια, καθώς και ιόντα ατόμων μετάλλου κ.λπ., έχουν θετικό φορτίο. Σταθεροί φορείς αρνητικού φορτίου είναι το ηλεκτρόνιο και το αντιπρωτόνιο.

Υπάρχουν ηλεκτρικά αφόρτιστα σωματίδια, δηλαδή ουδέτερα: νετρόνιο, νετρίνο. Αυτά τα σωματίδια δεν συμμετέχουν σε ηλεκτρικές αλληλεπιδράσεις, αφού το ηλεκτρικό τους φορτίο είναι μηδενικό. Υπάρχουν σωματίδια χωρίς ηλεκτρικό φορτίο, αλλά ηλεκτρικό φορτίο δεν υπάρχει χωρίς σωματίδιο.

Τα θετικά φορτία εμφανίζονται σε γυαλί τριμμένο με μετάξι. Ο εβονίτης που τρίβεται στη γούνα έχει αρνητικά φορτία. Τα σωματίδια απωθούνται με φορτία των ίδιων ζωδίων (όπως τα φορτία), και με διαφορετικά πρόσημα (αντίθετα φορτία) τα σωματίδια έλκονται.

Όλα τα σώματα αποτελούνται από άτομα. Τα άτομα αποτελούνται από έναν θετικά φορτισμένο ατομικό πυρήνα και από αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια που κινούνται γύρω από τον ατομικό πυρήνα. Ο ατομικός πυρήνας αποτελείται από θετικά φορτισμένα πρωτόνια και ουδέτερα σωματίδια - νετρόνια. Τα φορτία σε ένα άτομο κατανέμονται με τέτοιο τρόπο ώστε το άτομο ως σύνολο να είναι ουδέτερο, δηλαδή το άθροισμα των θετικών και αρνητικών φορτίων στο άτομο είναι μηδέν.

Τα ηλεκτρόνια και τα πρωτόνια αποτελούν μέρος οποιασδήποτε ουσίας και είναι τα μικρότερα σταθερά στοιχειώδη σωματίδια. Αυτά τα σωματίδια μπορούν να υπάρχουν σε ελεύθερη κατάσταση για απεριόριστο χρόνο. Το ηλεκτρικό φορτίο ενός ηλεκτρονίου και ενός πρωτονίου ονομάζεται στοιχειώδες φορτίο.

Το στοιχειώδες φορτίο είναι το ελάχιστο φορτίο που έχουν όλα τα φορτισμένα στοιχειώδη σωματίδια. Το ηλεκτρικό φορτίο ενός πρωτονίου είναι ίσο σε απόλυτη τιμή με το φορτίο ενός ηλεκτρονίου:

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

Το μέγεθος οποιουδήποτε φορτίου είναι πολλαπλάσιο σε απόλυτη τιμή του στοιχειώδους φορτίου, δηλαδή του φορτίου του ηλεκτρονίου. Ηλεκτρόνιο μεταφρασμένο από τα ελληνικά electron - κεχριμπάρι, πρωτόνιο - από το ελληνικό protos - πρώτο, νετρόνιο από το λατινικό neutrum - ούτε το ένα ούτε το άλλο.

Απλά πειράματα για τον ηλεκτρισμό διαφόρων σωμάτων απεικονίζουν τα ακόλουθα σημεία.

1. Υπάρχουν δύο είδη φορτίων: θετικά (+) και αρνητικά (-). Ένα θετικό φορτίο εμφανίζεται όταν το γυαλί τρίβεται με το δέρμα ή το μετάξι και ένα αρνητικό φορτίο εμφανίζεται όταν το κεχριμπάρι (ή ο εβονίτης) τρίβεται με το μαλλί.

2. Χρεώσεις (ή φορτισμένα σώματα) αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Ίδιες χρεώσειςσπρώξτε μακριά, και σε αντίθεση με τις χρεώσειςέλκονται.

3. Η κατάσταση ηλεκτροδότησης μπορεί να μεταφερθεί από το ένα σώμα στο άλλο, το οποίο σχετίζεται με τη μεταφορά ηλεκτρικού φορτίου. Σε αυτή την περίπτωση, ένα μεγαλύτερο ή μικρότερο φορτίο μπορεί να μεταφερθεί στο σώμα, δηλαδή το φορτίο έχει μέγεθος. Όταν ηλεκτρίζονται από την τριβή, και τα δύο σώματα αποκτούν φορτίο, το ένα είναι θετικό και το άλλο αρνητικό. Πρέπει να τονιστεί ότι οι απόλυτες τιμές των φορτίων των σωμάτων που ηλεκτρίζονται από την τριβή είναι ίσες, κάτι που επιβεβαιώνεται από πολυάριθμες μετρήσεις φορτίων με χρήση ηλεκτρομέτρων.

Κατέστη δυνατό να εξηγηθεί γιατί τα σώματα ηλεκτρίζονται (δηλαδή φορτίζονται) κατά την τριβή μετά την ανακάλυψη του ηλεκτρονίου και τη μελέτη της δομής του ατόμου. Όπως γνωρίζετε, όλες οι ουσίες αποτελούνται από άτομα. Τα άτομα, με τη σειρά τους, αποτελούνται από στοιχειώδη σωματίδια - αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια, θετικά φορτισμένο πρωτόνιακαι ουδέτερα σωματίδια - νετρόνια. Τα ηλεκτρόνια και τα πρωτόνια είναι φορείς στοιχειωδών (ελάχιστων) ηλεκτρικών φορτίων.

Στοιχειώδες ηλεκτρικό φορτίο ( μι) - αυτό είναι το μικρότερο ηλεκτρικό φορτίο, θετικό ή αρνητικό, ίσο με την τιμή του φορτίου ηλεκτρονίου:

ε = 1,6021892(46) 10 -19 C.

Υπάρχουν πολλά φορτισμένα στοιχειώδη σωματίδια και σχεδόν όλα έχουν φορτίο +εή -μι, ωστόσο, αυτά τα σωματίδια είναι πολύ βραχύβια. Ζουν λιγότερο από το ένα εκατομμυριοστό του δευτερολέπτου. Μόνο τα ηλεκτρόνια και τα πρωτόνια υπάρχουν σε ελεύθερη κατάσταση επ' αόριστον.

Τα πρωτόνια και τα νετρόνια (νουκλεόνια) αποτελούν τον θετικά φορτισμένο πυρήνα ενός ατόμου, γύρω από τον οποίο περιστρέφονται αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια, ο αριθμός των οποίων είναι ίσος με τον αριθμό των πρωτονίων, έτσι ώστε το άτομο στο σύνολό του να είναι μια μονάδα παραγωγής ενέργειας.

Υπό κανονικές συνθήκες, τα σώματα που αποτελούνται από άτομα (ή μόρια) είναι ηλεκτρικά ουδέτερα. Ωστόσο, κατά τη διαδικασία της τριβής, μερικά από τα ηλεκτρόνια που έχουν αφήσει τα άτομά τους μπορούν να μετακινηθούν από το ένα σώμα στο άλλο. Οι κινήσεις των ηλεκτρονίων δεν υπερβαίνουν τις διατομικές αποστάσεις. Αλλά αν τα σώματα διαχωριστούν μετά από τριβή, θα αποδειχθεί ότι είναι φορτισμένα. το σώμα που εγκατέλειψε μερικά από τα ηλεκτρόνια του θα φορτιστεί θετικά και το σώμα που τα απέκτησε θα φορτιστεί αρνητικά.

Έτσι, τα σώματα ηλεκτρίζονται, δέχονται δηλαδή ηλεκτρικό φορτίο όταν χάνουν ή αποκτούν ηλεκτρόνια. Σε ορισμένες περιπτώσεις, ο ηλεκτρισμός προκαλείται από την κίνηση των ιόντων. Σε αυτή την περίπτωση, δεν προκύπτουν νέα ηλεκτρικά φορτία. Υπάρχει μόνο μια διαίρεση των υπαρχόντων φορτίων μεταξύ των ηλεκτριζόντων σωμάτων: μέρος των αρνητικών φορτίων περνά από το ένα σώμα στο άλλο.

Προσδιορισμός χρέωσης.

Πρέπει να τονιστεί ιδιαίτερα ότι το φορτίο είναι αναπόσπαστη ιδιότητα του σωματιδίου. Είναι δυνατό να φανταστεί κανείς ένα σωματίδιο χωρίς φορτίο, αλλά είναι αδύνατο να φανταστεί ένα φορτίο χωρίς σωματίδιο.

Τα φορτισμένα σωματίδια εκδηλώνονται με έλξη (αντίθετα φορτία) ή άπωση (όπως φορτία) με δυνάμεις που είναι πολλές τάξεις μεγέθους μεγαλύτερες από τις δυνάμεις βαρύτητας. Έτσι, η δύναμη της ηλεκτρικής έλξης ενός ηλεκτρονίου προς τον πυρήνα σε ένα άτομο υδρογόνου είναι 10 39 φορές μεγαλύτερη από τη δύναμη της βαρυτικής έλξης αυτών των σωματιδίων. Η αλληλεπίδραση μεταξύ φορτισμένων σωματιδίων ονομάζεται ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση, και το ηλεκτρικό φορτίο καθορίζει την ένταση των ηλεκτρομαγνητικών αλληλεπιδράσεων.

Στη σύγχρονη φυσική, το φορτίο ορίζεται ως εξής:

Ηλεκτρικό φορτίο- Αυτό φυσική ποσότητα, που είναι μια πηγή ηλεκτρικού πεδίου μέσω του οποίου συμβαίνει η αλληλεπίδραση των σωματιδίων με ένα φορτίο.

Ηλεκτρικό φορτίο– ένα φυσικό μέγεθος που χαρακτηρίζει την ικανότητα των σωμάτων να εισέρχονται σε ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις. Μετρήθηκε σε Coulombs.

Στοιχειώδες ηλεκτρικό φορτίο– το ελάχιστο φορτίο που έχουν τα στοιχειώδη σωματίδια (φορτίο πρωτονίων και ηλεκτρονίων).

Το σώμα έχει φορτίο, σημαίνει ότι έχει επιπλέον ή λείπουν ηλεκτρόνια. Αυτή η χρέωση ορίζεται q=ne. (ισούται με τον αριθμό των στοιχειωδών χρεώσεων).

Ηλεκτρισμός του σώματος– δημιουργία περίσσειας και ανεπάρκειας ηλεκτρονίων. Μέθοδοι: ηλεκτρισμός με τριβήΚαι ηλεκτροδότηση μέσω επαφής.

Αυγή σημείου d είναι το φορτίο του σώματος, το οποίο μπορεί να ληφθεί ως υλικό σημείο.

Δοκιμαστική χρέωση() – σημείο, μικρό φορτίο, πάντα θετικό – χρησιμοποιείται για τη μελέτη του ηλεκτρικού πεδίου.

Νόμος διατήρησης του φορτίου:σε ένα απομονωμένο σύστημα, το αλγεβρικό άθροισμα των φορτίων όλων των σωμάτων παραμένει σταθερό για τυχόν αλληλεπιδράσεις αυτών των σωμάτων μεταξύ τους.

ο νόμος του Κουλόμπ:οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης μεταξύ δύο σημειακών φορτίων είναι ανάλογες με το γινόμενο αυτών των φορτίων, αντιστρόφως ανάλογες με το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ τους, εξαρτώνται από τις ιδιότητες του μέσου και κατευθύνονται κατά μήκος της ευθείας γραμμής που συνδέει τα κέντρα τους.

, Οπου

F/m, Cl 2 /nm 2 – διηλεκτρικό. γρήγορα. κενό

- σχετίζεται. διηλεκτρική σταθερά (>1)

- απόλυτη διηλεκτρική διαπερατότητα. περιβάλλον

Ηλεκτρικό πεδίο– ένα υλικό μέσο μέσω του οποίου λαμβάνει χώρα η αλληλεπίδραση ηλεκτρικών φορτίων.

Ιδιότητες ηλεκτρικού πεδίου:

Χαρακτηριστικά ηλεκτρικού πεδίου:

Ενταση(μι) είναι μια διανυσματική ποσότητα ίση με τη δύναμη που ασκείται σε ένα φορτίο δοκιμής μονάδας που τοποθετείται σε ένα δεδομένο σημείο.

Μετρήθηκε σε N/C.

Κατεύθυνση– το ίδιο με αυτό της ενεργούσας δύναμης.

Η ένταση δεν εξαρτάταιούτε στην αντοχή ούτε στο μέγεθος του φορτίου δοκιμής.

Υπέρθεση ηλεκτρικών πεδίων: η ένταση του πεδίου που δημιουργείται από πολλά φορτία είναι ίση με το διανυσματικό άθροισμα των εντάσεων πεδίου κάθε φορτίου:

ΓραφικάΤο ηλεκτρονικό πεδίο αναπαρίσταται χρησιμοποιώντας γραμμές τάσης.

Γραμμή τάσης– ευθεία της οποίας η εφαπτομένη σε κάθε σημείο συμπίπτει με την κατεύθυνση του διανύσματος τάσης.

Ιδιότητες των γραμμών τάσης: δεν τέμνονται, μόνο μία γραμμή μπορεί να τραβηχτεί σε κάθε σημείο. δεν είναι κλειστά, αφήνουν θετικό φορτίο και μπαίνουν σε αρνητικό ή διαχέονται στο άπειρο.

Τύποι πεδίων:

Ομοιόμορφο ηλεκτρικό πεδίο– ένα πεδίο του οποίου το διάνυσμα έντασης σε κάθε σημείο είναι το ίδιο σε μέγεθος και κατεύθυνση.

Ανομοιόμορφο ηλεκτρικό πεδίο– ένα πεδίο του οποίου το διάνυσμα έντασης σε κάθε σημείο είναι άνισο σε μέγεθος και κατεύθυνση.

Σταθερό ηλεκτρικό πεδίο– το διάνυσμα τάσης δεν αλλάζει.

Μεταβλητό ηλεκτρικό πεδίο– αλλάζει το διάνυσμα τάσης.

Εργασία που γίνεται από ένα ηλεκτρικό πεδίο για να μετακινήσει ένα φορτίο.

, όπου F είναι δύναμη, S είναι μετατόπιση, - γωνία μεταξύ F και S.

Για ομοιόμορφο πεδίο: η δύναμη είναι σταθερή.

Το έργο δεν εξαρτάται από το σχήμα της τροχιάς. η εργασία που γίνεται για την κίνηση κατά μήκος μιας κλειστής διαδρομής είναι μηδέν.

Για ένα μη ομοιόμορφο πεδίο:

Δυναμικό ηλεκτρικού πεδίου– ο λόγος του έργου που κάνει το πεδίο, μετακινώντας ένα δοκιμαστικό ηλεκτρικό φορτίο στο άπειρο, προς το μέγεθος αυτού του φορτίου.

-δυνητικός– ενεργειακό χαρακτηριστικό του πεδίου. Μετρημένο σε Volt

Πιθανή διαφορά:

, Οτι

, Που σημαίνει

-πιθανή κλίση.

Για ένα ομοιόμορφο πεδίο: διαφορά δυναμικού - Τάση:

. Μετριέται σε Volt, οι συσκευές είναι βολτόμετρα.

Ηλεκτρική χωρητικότητα– την ικανότητα των σωμάτων να συσσωρεύουν ηλεκτρικό φορτίο. ο λόγος φορτίου προς δυναμικό, ο οποίος είναι πάντα σταθερός για έναν δεδομένο αγωγό.

Δεν εξαρτάται από τη φόρτιση και δεν εξαρτάται από το δυναμικό. Αλλά εξαρτάται από το μέγεθος και το σχήμα του αγωγού. σχετικά με τις διηλεκτρικές ιδιότητες του μέσου.

, όπου r είναι το μέγεθος,

- διαπερατότητα του περιβάλλοντος γύρω από το σώμα.

Η ηλεκτρική χωρητικότητα αυξάνεται εάν κάποια σώματα - αγωγοί ή διηλεκτρικά - βρίσκονται κοντά.

Πυκνωτής– συσκευή συσσώρευσης φορτίου. Ηλεκτρική χωρητικότητα:

Επίπεδος πυκνωτής– δύο μεταλλικές πλάκες με ένα διηλεκτρικό ανάμεσά τους. Ηλεκτρική χωρητικότητα ενός επίπεδου πυκνωτή:

, όπου S είναι το εμβαδόν των πλακών, d είναι η απόσταση μεταξύ των πλακών.

Ενέργεια φορτισμένου πυκνωτήίσο με το έργο που κάνει το ηλεκτρικό πεδίο κατά τη μεταφορά φορτίου από τη μια πλάκα στην άλλη.

Μικρή Μεταφορά Χρέωσης

, η τάση θα αλλάξει σε

, η δουλειά έγινε

. Επειδή

και C =const,

. Επειτα

. Ας ενσωματώσουμε:

Ενέργεια ηλεκτρικού πεδίου:

, όπου V=Sl είναι ο όγκος που καταλαμβάνει το ηλεκτρικό πεδίο

Για ανομοιόμορφο πεδίο:

Ογκομετρική πυκνότητα ηλεκτρικού πεδίου:

. Μετρήθηκε σε J/m 3.

Ηλεκτρικό δίπολο– ένα σύστημα που αποτελείται από δύο ίσα, αλλά αντίθετα σε πρόσημο, σημειακά ηλεκτρικά φορτία που βρίσκονται σε κάποια απόσταση μεταξύ τους (διπολικός βραχίονας -l).

Το κύριο χαρακτηριστικό ενός διπόλου είναι διπολη ΣΤΙΓΜΗ– διάνυσμα ίσο με το γινόμενο του φορτίου και του διπολικού βραχίονα, κατευθυνόμενο από το αρνητικό φορτίο στο θετικό. Ορίστηκε

. Μετρήθηκε σε μέτρα Coulomb.

Δίπολο σε ομοιόμορφο ηλεκτρικό πεδίο.

Οι ακόλουθες δυνάμεις ενεργούν σε κάθε φορτίο του διπόλου:

Και

. Αυτές οι δυνάμεις κατευθύνονται αντίθετα και δημιουργούν μια στιγμή ενός ζεύγους δυνάμεων - μια ροπή:, όπου

M – ροπή F – δυνάμεις που δρουν στο δίπολο

δ – βραχίονας μαρσπιέ – διπολικός βραχίονας

p – διπολική ροπή E – τάση

- γωνία μεταξύ p Eq – φορτίο

Υπό την επίδραση μιας ροπής, το δίπολο θα περιστραφεί και θα ευθυγραμμιστεί προς την κατεύθυνση των γραμμών τάσης. Τα διανύσματα p και E θα είναι παράλληλα και μονής κατεύθυνσης.

Δίπολο σε ανομοιόμορφο ηλεκτρικό πεδίο.

Υπάρχει μια ροπή, που σημαίνει ότι το δίπολο θα περιστραφεί. Αλλά οι δυνάμεις θα είναι άνισες και το δίπολο θα μετακινηθεί εκεί όπου η δύναμη είναι μεγαλύτερη.

-κλίση τάσης. Όσο μεγαλύτερη είναι η κλίση τάσης, τόσο μεγαλύτερη είναι η πλευρική δύναμη που έλκει το δίπολο. Το δίπολο είναι προσανατολισμένο κατά μήκος των γραμμών δύναμης.

Δίπολο ενδογενές πεδίο.

Αλλά. Επειτα:

Έστω το δίπολο στο σημείο Ο και ο βραχίονας μικρός. Επειτα:

Ο τύπος λήφθηκε λαμβάνοντας υπόψη:

Έτσι, η διαφορά δυναμικού εξαρτάται από το ημίτονο της μισής γωνίας στο οποίο είναι ορατά τα δίπολα σημεία και από την προβολή της διπολικής ροπής στην ευθεία γραμμή που συνδέει αυτά τα σημεία.

Διηλεκτρικά σε ηλεκτρικό πεδίο.

Διηλεκτρικός- μια ουσία που δεν έχει ελεύθερα φορτία και επομένως δεν μεταφέρει ηλεκτρικό ρεύμα. Ωστόσο, στην πραγματικότητα, αγωγιμότητα υπάρχει, αλλά είναι αμελητέα.

Κατηγορίες διηλεκτρικών:

με πολικά μόρια (νερό, νιτροβενζόλιο): τα μόρια δεν είναι συμμετρικά, τα κέντρα μάζας θετικών και αρνητικών φορτίων δεν συμπίπτουν, πράγμα που σημαίνει ότι έχουν διπολική ροπή ακόμη και στην περίπτωση που δεν υπάρχει ηλεκτρικό πεδίο.

με μη πολικά μόρια (υδρογόνο, οξυγόνο): τα μόρια είναι συμμετρικά, τα κέντρα μάζας θετικών και αρνητικών φορτίων συμπίπτουν, πράγμα που σημαίνει ότι δεν έχουν διπολική ροπή απουσία ηλεκτρικού πεδίου.

κρυσταλλικό (χλωριούχο νάτριο): συνδυασμός δύο υποδικτυωμάτων, εκ των οποίων το ένα είναι θετικά φορτισμένο και το άλλο αρνητικά. απουσία ηλεκτρικού πεδίου, η συνολική διπολική ροπή είναι μηδέν.

Πόλωση– η διαδικασία χωρικού διαχωρισμού των φορτίων, η εμφάνιση δεσμευμένων φορτίων στην επιφάνεια του διηλεκτρικού, που οδηγεί σε εξασθένηση του πεδίου μέσα στο διηλεκτρικό.

Μέθοδοι πόλωσης:

Μέθοδος 1 – ηλεκτροχημική πόλωση:

Στα ηλεκτρόδια - κίνηση κατιόντων και ανιόντων προς αυτά, εξουδετέρωση ουσιών. σχηματίζονται περιοχές θετικών και αρνητικών φορτίων. Το ρεύμα μειώνεται σταδιακά. Ο ρυθμός εγκατάστασης του μηχανισμού εξουδετέρωσης χαρακτηρίζεται από το χρόνο χαλάρωσης - αυτός είναι ο χρόνος κατά τον οποίο το emf πόλωσης αυξάνεται από το 0 στο μέγιστο από τη στιγμή που εφαρμόζεται το πεδίο. = 10 -3 -10 -2 δευτ.

Μέθοδος 2 – πόλωση προσανατολισμού:

Στην επιφάνεια του διηλεκτρικού σχηματίζονται πολικές χωρίς αντιστάθμιση, δηλ. εμφανίζεται το φαινόμενο της πόλωσης. Η τάση στο εσωτερικό του διηλεκτρικού είναι μικρότερη από την εξωτερική τάση. Ωρα χαλάρωσης: = 10 -13 -10 -7 δευτ. Συχνότητα 10 MHz.

Μέθοδος 3 – ηλεκτρονική πόλωση:

Χαρακτηριστικό των μη πολικών μορίων που γίνονται δίπολα. Ωρα χαλάρωσης: = 10 -16 -10 -14 s. Συχνότητα 10 8 MHz.

Μέθοδος 4 – πόλωση ιόντων:

Δύο πλέγματα (Na και Cl) μετατοπίζονται μεταξύ τους.

Ωρα χαλάρωσης:

Μέθοδος 5 – μικροδομική πόλωση:

Χαρακτηριστικό των βιολογικών δομών όταν φορτισμένα και αφόρτιστα στρώματα εναλλάσσονται. Υπάρχει μια ανακατανομή των ιόντων σε ημιπερατά ή αδιαπέραστα από ιόντα χωρίσματα.

Ωρα χαλάρωσης: =10 -8 -10 -3 δευτ. Συχνότητα 1KHz

Αριθμητικά χαρακτηριστικά του βαθμού πόλωσης:

Ηλεκτρική ενέργεια– αυτή είναι η διατεταγμένη κίνηση των δωρεάν χρεώσεων σε ύλη ή σε κενό.

Προϋποθέσεις ύπαρξης ηλεκτρικού ρεύματος:

παρουσία δωρεάν χρεώσεων

η παρουσία ηλεκτρικού πεδίου, δηλ. δυνάμεις που ενεργούν με αυτές τις κατηγορίες

Τρέχουσα δύναμη– τιμή ίση με το φορτίο που διέρχεται από οποιαδήποτε διατομή ενός αγωγού ανά μονάδα χρόνου (1 δευτερόλεπτο)

Μετρήθηκε σε Amperes.

n – συγκέντρωση φορτίου

q – τιμή χρέωσης

S - περιοχή διατομής του αγωγού

- ταχύτητα κατευθυντικής κίνησης σωματιδίων.

Η ταχύτητα κίνησης των φορτισμένων σωματιδίων σε ένα ηλεκτρικό πεδίο είναι μικρή - 7 * 10 -5 m/s, η ταχύτητα διάδοσης του ηλεκτρικού πεδίου είναι 3 * 10 8 m/s.

Τωρινή πυκνότητα– η ποσότητα φορτίου που διέρχεται από διατομή 1 m2 σε 1 δευτερόλεπτο.

. Μετρημένο σε A/m2.

- η δύναμη που ασκεί το ιόν από το ηλεκτρικό πεδίο είναι ίση με τη δύναμη τριβής

- κινητικότητα ιόντων

- ταχύτητα κατευθυντικής κίνησης ιόντων = κινητικότητα, ένταση πεδίου

Όσο μεγαλύτερη είναι η συγκέντρωση των ιόντων, το φορτίο και η κινητικότητά τους, τόσο μεγαλύτερη είναι η ειδική αγωγιμότητα του ηλεκτρολύτη. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, η κινητικότητα των ιόντων αυξάνεται και η ηλεκτρική αγωγιμότητα αυξάνεται.

Με βάση τις παρατηρήσεις της αλληλεπίδρασης ηλεκτρικά φορτισμένων σωμάτων, ο Αμερικανός φυσικός Μπέντζαμιν Φράνκλιν ονόμασε ορισμένα σώματα θετικά φορτισμένα και άλλα αρνητικά φορτισμένα. Ανάλογα με αυτό και ηλεκτρικά φορτίαπου ονομάζεται θετικόςΚαι αρνητικός.

Σώματα με παρόμοια φορτία απωθούνται. Σώματα με αντίθετα φορτία έλκονται.

Αυτά τα ονόματα των φορτίων είναι αρκετά συμβατικά και η μόνη τους σημασία είναι ότι τα σώματα με ηλεκτρικά φορτία μπορούν είτε να έλκονται είτε να απωθούνται.

Το πρόσημο του ηλεκτρικού φορτίου ενός σώματος καθορίζεται από την αλληλεπίδραση με το συμβατικό πρότυπο του πρόσημου φορτίου.

Το φορτίο ενός ραβδιού από εβονίτη τριμμένο με γούνα θεωρήθηκε ως ένα από αυτά τα πρότυπα. Πιστεύεται ότι ένα ραβδί εβονίτη, αφού τρίβεται με γούνα, έχει πάντα αρνητικό φορτίο.

Εάν είναι απαραίτητο να προσδιοριστεί ποιο σημάδι του φορτίου ενός δεδομένου σώματος, φέρεται σε ένα ραβδί εβονίτη, τρίβεται με γούνα, στερεώνεται σε ένα ελαφρύ εναιώρημα και παρατηρείται η αλληλεπίδραση. Εάν το ραβδί απωθείται, τότε το σώμα έχει αρνητικό φορτίο.

Μετά την ανακάλυψη και μελέτη των στοιχειωδών σωματιδίων, αποδείχθηκε ότι αρνητικό φορτίοέχει πάντα ένα στοιχειώδες σωματίδιο - ηλεκτρόνιο.

Ηλεκτρόνιο (από τα ελληνικά - κεχριμπάρι) - ένα σταθερό στοιχειώδες σωματίδιο με αρνητικό ηλεκτρικό φορτίοe = 1,6021892(46) . 10 -19 C, μάζα ηρεμίαςm e =9,1095. 10-19 κιλά. Ανακαλύφθηκε το 1897 από τον Άγγλο φυσικό J. J. Thomson.

Το φορτίο μιας γυάλινης ράβδου τριβής με φυσικό μετάξι λήφθηκε ως πρότυπο θετικού φορτίου. Εάν ένα ραβδί απωθείται από ένα ηλεκτρισμένο σώμα, τότε αυτό το σώμα έχει θετικό φορτίο.

Θετική χρέωσηέχει πάντα πρωτόνιο,που αποτελεί μέρος του ατομικού πυρήνα. Υλικό από τον ιστότοπο

Χρησιμοποιώντας τους παραπάνω κανόνες για να προσδιορίσετε το πρόσημο του φορτίου ενός σώματος, πρέπει να θυμάστε ότι εξαρτάται από την ουσία των σωμάτων που αλληλεπιδρούν. Έτσι, ένα ραβδί εβονίτη μπορεί να έχει θετικό φορτίο εάν τρίβεται με ένα πανί από συνθετικά υλικά. Μια γυάλινη ράβδος θα έχει αρνητικό φορτίο αν τρίβεται με γούνα. Επομένως, εάν σκοπεύετε να πάρετε αρνητικό φορτίο σε ένα ραβδί εβονίτη, θα πρέπει οπωσδήποτε να το χρησιμοποιείτε όταν το τρίβετε με γούνα ή μάλλινο ύφασμα. Το ίδιο ισχύει και για την ηλεκτροδότηση μιας γυάλινης ράβδου, η οποία τρίβεται με ένα πανί από φυσικό μετάξι για να αποκτήσει θετικό φορτίο. Μόνο το ηλεκτρόνιο και το πρωτόνιο έχουν πάντα και αναμφισβήτητα αρνητικά και θετικά φορτία, αντίστοιχα.

Αυτή η σελίδα περιέχει υλικό ανά θέμα.

« Φυσική - 10η τάξη"

Αρχικά, ας εξετάσουμε την απλούστερη περίπτωση, όταν τα ηλεκτρικά φορτισμένα σώματα βρίσκονται σε ηρεμία.

Ο κλάδος της ηλεκτροδυναμικής που είναι αφιερωμένος στη μελέτη των συνθηκών ισορροπίας ηλεκτρικά φορτισμένων σωμάτων ονομάζεται ηλεκτροστατικά.

Τι είναι το ηλεκτρικό φορτίο;
Τι χρεώσεις υπάρχουν;

Με λόγια ηλεκτρική ενέργεια, ηλεκτρικό φορτίο, ηλεκτρικό ρεύμαέχεις συναντηθεί πολλές φορές και έχεις καταφέρει να τις συνηθίσεις. Προσπαθήστε όμως να απαντήσετε στην ερώτηση: «Τι είναι το ηλεκτρικό φορτίο;» Η ίδια η έννοια χρέωση- αυτό είναι το κύριο πράγμα, πρωταρχική έννοια, το οποίο δεν μπορεί να αναχθεί στο σημερινό επίπεδο ανάπτυξης των γνώσεών μας σε οποιεσδήποτε απλούστερες, στοιχειώδεις έννοιες.

Ας προσπαθήσουμε πρώτα να μάθουμε τι σημαίνει η δήλωση: «Αυτό το σώμα ή το σωματίδιο έχει ηλεκτρικό φορτίο».

Όλα τα σώματα είναι κατασκευασμένα από τα μικρότερα σωματίδια, τα οποία είναι αδιαίρετα σε απλούστερα και γι' αυτό ονομάζονται στοιχειώδης.

Τα στοιχειώδη σωματίδια έχουν μάζα και λόγω αυτού έλκονται μεταξύ τους σύμφωνα με το νόμο της παγκόσμιας βαρύτητας. Καθώς η απόσταση μεταξύ των σωματιδίων αυξάνεται, η βαρυτική δύναμη μειώνεται σε αντίστροφη αναλογία με το τετράγωνο αυτής της απόστασης. Τα περισσότερα στοιχειώδη σωματίδια, αν και όχι όλα, έχουν επίσης την ικανότητα να αλληλεπιδρούν μεταξύ τους με μια δύναμη που επίσης μειώνεται σε αντίστροφη αναλογία με το τετράγωνο της απόστασης, αλλά αυτή η δύναμη είναι πολλές φορές μεγαλύτερη από τη δύναμη της βαρύτητας.

Έτσι στο άτομο υδρογόνου, που φαίνεται σχηματικά στο Σχήμα 14.1, το ηλεκτρόνιο έλκεται στον πυρήνα (πρωτόνιο) με δύναμη 10 39 φορές μεγαλύτερη από τη δύναμη της βαρυτικής έλξης.

Εάν τα σωματίδια αλληλεπιδρούν μεταξύ τους με δυνάμεις που μειώνονται με την αύξηση της απόστασης με τον ίδιο τρόπο όπως οι δυνάμεις της παγκόσμιας βαρύτητας, αλλά υπερβαίνουν τις δυνάμεις βαρύτητας πολλές φορές, τότε αυτά τα σωματίδια λέγεται ότι έχουν ηλεκτρικό φορτίο. Τα ίδια τα σωματίδια ονομάζονται φορτισμένα.

Υπάρχουν σωματίδια χωρίς ηλεκτρικό φορτίο, αλλά δεν υπάρχει ηλεκτρικό φορτίο χωρίς σωματίδιο.

Η αλληλεπίδραση των φορτισμένων σωματιδίων ονομάζεται ηλεκτρομαγνητικός.

Το ηλεκτρικό φορτίο καθορίζει την ένταση των ηλεκτρομαγνητικών αλληλεπιδράσεων, όπως η μάζα καθορίζει την ένταση των βαρυτικών αλληλεπιδράσεων.

Το ηλεκτρικό φορτίο ενός στοιχειώδους σωματιδίου δεν είναι ένας ειδικός μηχανισμός στο σωματίδιο που θα μπορούσε να αφαιρεθεί από αυτό, να αποσυντεθεί στα συστατικά μέρη του και να επανασυναρμολογηθεί. Η παρουσία ηλεκτρικού φορτίου σε ένα ηλεκτρόνιο και άλλα σωματίδια σημαίνει μόνο την ύπαρξη ορισμένων αλληλεπιδράσεων δύναμης μεταξύ τους.

Στην ουσία, δεν γνωρίζουμε τίποτα για το φορτίο αν δεν γνωρίζουμε τους νόμους αυτών των αλληλεπιδράσεων. Η γνώση των νόμων των αλληλεπιδράσεων θα πρέπει να περιλαμβάνεται στις ιδέες μας σχετικά με τη χρέωση. Αυτοί οι νόμοι δεν είναι απλοί και είναι αδύνατο να τους περιγράψουμε με λίγες λέξεις. Επομένως, είναι αδύνατο να δοθεί ένας επαρκώς ικανοποιητικός σύντομος ορισμός της έννοιας ηλεκτρικό φορτίο.

Δύο σημάδια ηλεκτρικών φορτίων.

Όλα τα σώματα έχουν μάζα και επομένως έλκονται μεταξύ τους. Τα φορτισμένα σώματα μπορούν και να ελκύουν και να απωθούν το ένα το άλλο. Αυτό το πιο σημαντικό γεγονός, γνωστό σε εσάς, σημαίνει ότι στη φύση υπάρχουν σωματίδια με ηλεκτρικά φορτία αντίθετων σημάτων. στην περίπτωση φορτίων του ίδιου ζωδίου, τα σωματίδια απωθούνται, και στην περίπτωση διαφορετικών ζωδίων, έλκονται.

Φορτίο στοιχειωδών σωματιδίων - πρωτόνια, που αποτελούν μέρος όλων των ατομικών πυρήνων, ονομάζονται θετικά, και το φορτίο ηλεκτρόνια- αρνητικό. Δεν υπάρχουν εσωτερικές διαφορές μεταξύ θετικών και αρνητικών φορτίων. Εάν τα σημάδια των φορτίων των σωματιδίων αντιστρέφονταν, τότε η φύση των ηλεκτρομαγνητικών αλληλεπιδράσεων δεν θα άλλαζε καθόλου.

Στοιχειώδης επιβάρυνση.

Εκτός από τα ηλεκτρόνια και τα πρωτόνια, υπάρχουν αρκετοί άλλοι τύποι φορτισμένων στοιχειωδών σωματιδίων. Αλλά μόνο τα ηλεκτρόνια και τα πρωτόνια μπορούν να υπάρχουν σε ελεύθερη κατάσταση επ' αόριστον. Τα υπόλοιπα φορτισμένα σωματίδια ζουν λιγότερο από το ένα εκατομμυριοστό του δευτερολέπτου. Γεννιούνται κατά τη διάρκεια συγκρούσεων γρήγορων στοιχειωδών σωματιδίων και, έχοντας υπάρξει για ένα ασήμαντο μικρό χρονικό διάστημα, αποσυντίθενται, μετατρέπονται σε άλλα σωματίδια. Θα εξοικειωθείτε με αυτά τα σωματίδια στην 11η τάξη.

Τα σωματίδια που δεν έχουν ηλεκτρικό φορτίο περιλαμβάνουν νετρόνιο. Η μάζα του είναι μόνο ελαφρώς μεγαλύτερη από τη μάζα ενός πρωτονίου. Τα νετρόνια, μαζί με τα πρωτόνια, αποτελούν μέρος του ατομικού πυρήνα. Εάν ένα στοιχειώδες σωματίδιο έχει φορτίο, τότε η τιμή του είναι αυστηρά καθορισμένη.

Φορτισμένα σώματαΟι ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις στη φύση παίζουν τεράστιο ρόλο λόγω του γεγονότος ότι όλα τα σώματα περιέχουν ηλεκτρικά φορτισμένα σωματίδια. Τα συστατικά μέρη των ατόμων - πυρήνες και ηλεκτρόνια - έχουν ηλεκτρικό φορτίο.

Η άμεση δράση των ηλεκτρομαγνητικών δυνάμεων μεταξύ των σωμάτων δεν ανιχνεύεται, αφού τα σώματα στην κανονική τους κατάσταση είναι ηλεκτρικά ουδέτερα.

Ένα άτομο οποιασδήποτε ουσίας είναι ουδέτερο επειδή ο αριθμός των ηλεκτρονίων σε αυτό είναι ίσος με τον αριθμό των πρωτονίων στον πυρήνα. Τα θετικά και αρνητικά φορτισμένα σωματίδια συνδέονται μεταξύ τους με ηλεκτρικές δυνάμεις και σχηματίζουν ουδέτερα συστήματα.

Ένα μακροσκοπικό σώμα είναι ηλεκτρικά φορτισμένο εάν περιέχει περίσσεια ποσότητα στοιχειωδών σωματιδίων με οποιοδήποτε σημάδι φορτίου. Έτσι, το αρνητικό φορτίο ενός σώματος οφείλεται στον υπερβολικό αριθμό ηλεκτρονίων σε σύγκριση με τον αριθμό των πρωτονίων και το θετικό φορτίο οφείλεται στην έλλειψη ηλεκτρονίων.

Για να αποκτήσετε ένα ηλεκτρικά φορτισμένο μακροσκοπικό σώμα, δηλαδή να το ηλεκτρίσετε, είναι απαραίτητο να διαχωρίσετε μέρος του αρνητικού φορτίου από το θετικό φορτίο που σχετίζεται με αυτό ή να μεταφέρετε ένα αρνητικό φορτίο σε ένα ουδέτερο σώμα.

Αυτό μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας τριβή. Εάν περνάτε μια χτένα μέσα από στεγνά μαλλιά, τότε ένα μικρό μέρος από τα πιο κινητά φορτισμένα σωματίδια - ηλεκτρόνια - θα μετακινηθεί από τα μαλλιά στη χτένα και θα τα φορτίσει αρνητικά και τα μαλλιά θα φορτιστούν θετικά.

Ισότητα χρεώσεων κατά την ηλεκτροδότηση

Με τη βοήθεια του πειράματος, μπορεί να αποδειχθεί ότι όταν ηλεκτρίζονται με τριβή, και τα δύο σώματα αποκτούν φορτία αντίθετα σε πρόσημο, αλλά πανομοιότυπα σε μέγεθος.

Ας πάρουμε ένα ηλεκτρόμετρο, στη ράβδο του οποίου υπάρχει μια μεταλλική σφαίρα με τρύπα και δύο πλάκες σε μακριές λαβές: η μία από σκληρό καουτσούκ και η άλλη από πλεξιγκλάς. Όταν τρίβονται μεταξύ τους, οι πλάκες ηλεκτρίζονται.

Ας φέρουμε μια από τις πλάκες μέσα στη σφαίρα χωρίς να αγγίξουμε τα τοιχώματά της. Εάν η πλάκα είναι θετικά φορτισμένη, τότε μερικά από τα ηλεκτρόνια από τη βελόνα και τη ράβδο του ηλεκτρομέτρου θα έλκονται στην πλάκα και θα συλλέγονται στην εσωτερική επιφάνεια της σφαίρας. Ταυτόχρονα, το βέλος θα φορτιστεί θετικά και θα ωθηθεί μακριά από τη ράβδο του ηλεκτρομέτρου (Εικ. 14.2, α).

Εάν φέρετε μια άλλη πλάκα μέσα στη σφαίρα, έχοντας πρώτα αφαιρέσει την πρώτη, τότε τα ηλεκτρόνια της σφαίρας και της ράβδου θα απωθηθούν από την πλάκα και θα συσσωρευτούν υπερβολικά στο βέλος. Αυτό θα προκαλέσει την απόκλιση του βέλους από τη ράβδο, και στην ίδια γωνία όπως στο πρώτο πείραμα.

Έχοντας κατεβάσει και τις δύο πλάκες μέσα στη σφαίρα, δεν θα εντοπίσουμε καμία απόκλιση του βέλους (Εικ. 14.2, β). Αυτό αποδεικνύει ότι τα φορτία των πλακών είναι ίσα σε μέγεθος και αντίθετα σε πρόσημο.

Ηλεκτρισμός των σωμάτων και οι εκδηλώσεις του.Σημαντική ηλεκτροδότηση συμβαίνει κατά την τριβή των συνθετικών υφασμάτων. Όταν βγάζετε ένα πουκάμισο από συνθετικό υλικό σε στεγνό αέρα, μπορείτε να ακούσετε έναν χαρακτηριστικό ήχο τριξίματος. Μικροί σπινθήρες πηδούν μεταξύ των φορτισμένων περιοχών των επιφανειών τριβής.

Στα τυπογραφεία το χαρτί ηλεκτρίζεται κατά την εκτύπωση και τα φύλλα κολλάνε μεταξύ τους. Για να μην συμβεί αυτό, χρησιμοποιούνται ειδικές συσκευές για την αποστράγγιση της φόρτισης. Ωστόσο, η ηλεκτροδότηση σωμάτων σε στενή επαφή χρησιμοποιείται μερικές φορές, για παράδειγμα, σε διάφορες εγκαταστάσεις ηλεκτροαντιγραφής κ.λπ.

Νόμος διατήρησης ηλεκτρικού φορτίου.

Η εμπειρία με τον ηλεκτρισμό των πλακών αποδεικνύει ότι κατά την ηλεκτροδότηση με τριβή, εμφανίζεται ανακατανομή των υπαρχόντων φορτίων μεταξύ σωμάτων που ήταν προηγουμένως ουδέτερα. Ένα μικρό τμήμα ηλεκτρονίων μετακινείται από το ένα σώμα στο άλλο. Σε αυτή την περίπτωση, νέα σωματίδια δεν εμφανίζονται και τα προϋπάρχοντα δεν εξαφανίζονται.

Όταν τα σώματα ηλεκτρίζονται, νόμος διατήρησης του ηλεκτρικού φορτίου. Αυτός ο νόμος ισχύει για ένα σύστημα στο οποίο τα φορτισμένα σωματίδια δεν εισέρχονται από το εξωτερικό και από το οποίο δεν εξέρχονται, δηλ. μεμονωμένο σύστημα.

Σε ένα απομονωμένο σύστημα, διατηρείται το αλγεβρικό άθροισμα των φορτίων όλων των σωμάτων.

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

όπου q 1, q 2 κ.λπ. είναι τα φορτία μεμονωμένων φορτισμένων σωμάτων.

Ο νόμος της διατήρησης του φορτίου έχει βαθύ νόημα. Εάν ο αριθμός των φορτισμένων στοιχειωδών σωματιδίων δεν αλλάζει, τότε η εκπλήρωση του νόμου διατήρησης φορτίου είναι προφανής. Όμως τα στοιχειώδη σωματίδια μπορούν να μεταμορφωθούν το ένα στο άλλο, να γεννηθούν και να εξαφανιστούν, δίνοντας ζωή σε νέα σωματίδια.

Ωστόσο, σε όλες τις περιπτώσεις, τα φορτισμένα σωματίδια γεννιούνται μόνο σε ζεύγη με φορτία ίδιου μεγέθους και αντίθετου πρόσημου. Τα φορτισμένα σωματίδια εξαφανίζονται επίσης μόνο σε ζεύγη, μετατρέπονται σε ουδέτερα. Και σε όλες αυτές τις περιπτώσεις, το αλγεβρικό άθροισμα των χρεώσεων παραμένει το ίδιο.

Η εγκυρότητα του νόμου της διατήρησης του φορτίου επιβεβαιώνεται από τις παρατηρήσεις ενός τεράστιου αριθμού μετασχηματισμών στοιχειωδών σωματιδίων. Αυτός ο νόμος εκφράζει μια από τις πιο θεμελιώδεις ιδιότητες του ηλεκτρικού φορτίου. Ο λόγος για τη διατήρηση του φορτίου είναι ακόμη άγνωστος.

Ορισμός 1

Πολλοί από τους γύρω μας φυσικά φαινόμεναπου εμφανίζονται στη φύση δεν εξηγούνται στους νόμους της μηχανικής, της θερμοδυναμικής και της μοριακής κινητικής θεωρίας. Τέτοια φαινόμενα βασίζονται στην επίδραση των δυνάμεων που δρουν μεταξύ των σωμάτων σε απόσταση και ανεξάρτητα από τις μάζες των σωμάτων που αλληλεπιδρούν, γεγονός που αρνείται αμέσως την πιθανή βαρυτική τους φύση. Αυτές οι δυνάμεις ονομάζονται ηλεκτρομαγνητικός.

Ακόμη και οι αρχαίοι Έλληνες είχαν κάποια κατανόηση των ηλεκτρομαγνητικών δυνάμεων. Ωστόσο, μόλις στα τέλη του 18ου αιώνα ξεκίνησε μια συστηματική, ποσοτική μελέτη φυσικών φαινομένων που σχετίζονται με την ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση των σωμάτων.

Ορισμός 2

Χάρη στη σκληρή δουλειά μεγάλη ποσότηταΟι επιστήμονες τον 19ο αιώνα ολοκλήρωσαν τη δημιουργία μιας εντελώς νέας, αρμονικής επιστήμης που ασχολείται με τη μελέτη μαγνητικών και ηλεκτρικών φαινομένων. Έτσι ένας από τους σημαντικότερους κλάδους της φυσικής έλαβε το όνομα ηλεκτροδυναμική.

Ηλεκτρικά και ρεύματα που δημιουργούνται από ηλεκτρικά φορτία και ρεύματα μαγνητικά πεδίαέγιναν τα κύρια αντικείμενα μελέτης του.

Η έννοια του φορτίου στην ηλεκτροδυναμική παίζει τον ίδιο ρόλο με τη βαρυτική μάζα στη Νευτώνεια μηχανική. Περιλαμβάνεται στη θεμελίωση του τμήματος και είναι πρωταρχικό για αυτό.

Ορισμός 3

Ηλεκτρικό φορτίοείναι ένα φυσικό μέγεθος που χαρακτηρίζει την ιδιότητα των σωματιδίων ή των σωμάτων να εισέρχονται σε αλληλεπιδράσεις ηλεκτρομαγνητικής δύναμης.

Τα γράμματα q ή Q στην ηλεκτροδυναμική συνήθως υποδηλώνουν ηλεκτρικό φορτίο.

Συνολικά, όλα τα γνωστά πειραματικά αποδεδειγμένα γεγονότα μας δίνουν την ευκαιρία να βγάλουμε τα ακόλουθα συμπεράσματα:

Ορισμός 4

Υπάρχουν δύο είδη ηλεκτρικών φορτίων. Αυτά ονομάζονται συμβατικά θετικά και αρνητικά φορτία.

Ορισμός 5

Τα φορτία μπορούν να μεταφερθούν (για παράδειγμα, μέσω άμεσης επαφής) μεταξύ των σωμάτων. Το ηλεκτρικό φορτίο, σε αντίθεση με τη μάζα σώματος, δεν είναι αναπόσπαστο χαρακτηριστικό του. Ένα συγκεκριμένο σώμα υπό διαφορετικές συνθήκες μπορεί να πάρει διαφορετική σημασίαχρέωση.

Ορισμός 6

Όπως τα φορτία απωθούν, σε αντίθεση με τα φορτία προσελκύουν. Αυτό το γεγονός αποκαλύπτει μια άλλη θεμελιώδη διαφορά μεταξύ ηλεκτρομαγνητικών και βαρυτικών δυνάμεων. Οι δυνάμεις βαρύτητας είναι πάντα ελκτικές δυνάμεις.

Ο νόμος της διατήρησης του ηλεκτρικού φορτίου είναι ένας από τους θεμελιώδεις νόμους της φύσης.

Σε ένα απομονωμένο σύστημα, το αλγεβρικό άθροισμα των φορτίων όλων των σωμάτων είναι σταθερό:

q 1 + q 2 + q 3 + . . . + q n = c o n s t.

Ορισμός 7

Ο νόμος της διατήρησης του ηλεκτρικού φορτίου δηλώνει ότι σε ένα κλειστό σύστημα σωμάτων δεν μπορούν να παρατηρηθούν διαδικασίες δημιουργίας ή εξαφάνισης φορτίων μόνο ενός σημείου.

Από άποψη σύγχρονη επιστήμη, οι φορείς φορτίου είναι στοιχειώδη σωματίδια. Κάθε συνηθισμένο αντικείμενο αποτελείται από άτομα. Αποτελούνται από πρωτόνια που φέρουν θετικό φορτίο, αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια και ουδέτερα σωματίδια - νετρόνια. Τα πρωτόνια και τα νετρόνια είναι αναπόσπαστο μέροςατομικοί πυρήνες, τα ηλεκτρόνια σχηματίζουν το ηλεκτρονιακό κέλυφος των ατόμων. Στο συντελεστή, τα ηλεκτρικά φορτία ενός πρωτονίου και ενός ηλεκτρονίου είναι ισοδύναμα και ίσα με την τιμή του στοιχειώδους φορτίου e.

Σε ένα ουδέτερο άτομο, ο αριθμός των ηλεκτρονίων στο περίβλημα και των πρωτονίων στον πυρήνα είναι ο ίδιος. Ο αριθμός οποιουδήποτε από τα δεδομένα σωματίδια ονομάζεται ατομικός αριθμός.

Ένα τέτοιο άτομο έχει την ικανότητα να χάνει και να αποκτά ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια. Όταν συμβεί αυτό, το ουδέτερο άτομο γίνεται θετικά ή αρνητικά φορτισμένο ιόν.

Το φορτίο μπορεί να μετακινηθεί από το ένα σώμα στο άλλο μόνο σε τμήματα που περιέχουν έναν ακέραιο αριθμό στοιχειωδών φορτίων. Αποδεικνύεται ότι το ηλεκτρικό φορτίο ενός σώματος είναι ένα διακριτό μέγεθος:

q = ± n e (n = 0, 1, 2,...).

Ορισμός 8

Τα φυσικά μεγέθη που μπορούν να λάβουν μια αποκλειστικά διακριτή σειρά τιμών ονομάζονται κβαντισμένη.

Ορισμός 9

Στοιχειώδης επιβάρυνσηΤο e αντιπροσωπεύει ένα κβαντικό, δηλαδή το μικρότερο δυνατό τμήμα ηλεκτρικού φορτίου.

Ορισμός 10

Κάπως από όλα τα παραπάνω είναι το γεγονός της ύπαρξης στη σύγχρονη φυσική στοιχειωδών σωματιδίων των λεγόμενων. κουάρκ– σωματίδια με κλασματικά φορτία ± 1 3 e και ± 2 3 e.

Ωστόσο, οι επιστήμονες δεν μπόρεσαν ποτέ να παρατηρήσουν τα κουάρκ σε ελεύθερη κατάσταση.

Ορισμός 11

Για την ανίχνευση και τη μέτρηση ηλεκτρικών φορτίων σε εργαστηριακές συνθήκεςΣυνήθως χρησιμοποιείται ένα ηλεκτρόμετρο - μια συσκευή που αποτελείται από μια μεταλλική ράβδο και έναν δείκτη που μπορεί να περιστρέφεται γύρω από έναν οριζόντιο άξονα (Εικ. 1. 1. 1).

Η ράβδος βέλους είναι απομονωμένη από το μεταλλικό σώμα. Σε επαφή με τη ράβδο του ηλεκτρομέτρου, ένα φορτισμένο σώμα προκαλεί την κατανομή ηλεκτρικών φορτίων του ίδιου σημείου κατά μήκος της ράβδου και του βέλους. Η επίδραση των δυνάμεων ηλεκτρικής απώθησης προκαλεί την εκτροπή της βελόνας σε μια ορισμένη γωνία, με την οποία μπορεί να προσδιοριστεί το φορτίο που μεταφέρεται στη ράβδο του ηλεκτρομέτρου.

Εικόνα 1. 1 . 1 . Μεταφορά φορτίου από φορτισμένο σώμα σε ηλεκτρόμετρο.

Ένα ηλεκτρόμετρο είναι ένα μάλλον ακατέργαστο όργανο. Η ευαισθησία του δεν επιτρέπει σε κάποιον να μελετήσει τις δυνάμεις αλληλεπίδρασης μεταξύ των φορτίων. Το 1785 ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά ο νόμος της αλληλεπίδρασης των σταθερών φορτίων. Ο ανακάλυψε ήταν ο Γάλλος φυσικός C. Coulomb. Στα πειράματά του, μέτρησε τις δυνάμεις έλξης και απώθησης φορτισμένων σφαιρών χρησιμοποιώντας μια συσκευή που σχεδίασε για τη μέτρηση του ηλεκτρικού φορτίου - μια ισορροπία στρέψης (Εικ. 1, 1, 2), η οποία έχει εξαιρετικά υψηλή ευαισθησία. Η δέσμη ισορροπίας περιστράφηκε κατά 1° υπό μια δύναμη περίπου 10 – 9 N.

Η ιδέα των μετρήσεων βασίστηκε στην εικασία του φυσικού ότι όταν μια φορτισμένη μπάλα έρθει σε επαφή με μια εξίσου αφόρτιστη, το υπάρχον φορτίο της πρώτης θα χωριστεί σε ίσα μέρη μεταξύ των σωμάτων. Έτσι, προέκυψε ένας τρόπος να αλλάξει η φόρτιση της μπάλας δύο ή περισσότερες φορές.

Ορισμός 12

Στα πειράματά του, ο Coulomb μέτρησε την αλληλεπίδραση μεταξύ των σφαιρών, τα μεγέθη των οποίων ήταν σημαντικά μικρότερα από την απόσταση που τις χώριζε, γι' αυτό και μπορούσαν να παραμεληθούν. Τέτοια φορτισμένα σώματα ονομάζονται συνήθως χρεώσεις πόντων.

Εικόνα 1. 1 . 2. Συσκευή Coulomb.

Εικόνα 1. 1 . 3. Δυνάμεις αλληλεπίδρασης μεταξύ όμοιων και διαφορετικών φορτίων.

Με βάση πολλά πειράματα, ο Coulomb θέσπισε τον ακόλουθο νόμο:

Ορισμός 13

Οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης μεταξύ στατικών φορτίων είναι ευθέως ανάλογες με το γινόμενο των συντελεστών φόρτισης και αντιστρόφως ανάλογες με το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ τους: F = k q 1 · q 2 r 2 .

Οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης είναι απωστικές δυνάμεις με τα ίδια σημάδια φορτίων και ελκτικές δυνάμεις με διαφορετικά πρόσημα (Εικ. 1, 1, 3), και επίσης υπακούουν στον τρίτο νόμο του Νεύτωνα:
F 1 → = - F 2 → .

Ορισμός 14

Coulomb ή ηλεκτροστατική αλληλεπίδραση είναι η επίδραση στατικών ηλεκτρικών φορτίων μεταξύ τους.

Ορισμός 15

Ο κλάδος της ηλεκτροδυναμικής που είναι αφιερωμένος στη μελέτη της αλληλεπίδρασης Coulomb ονομάζεται ηλεκτροστατικά.

Ο νόμος του Coulomb μπορεί να εφαρμοστεί σε σημειακά φορτισμένα σώματα. Στην πράξη, ικανοποιείται πλήρως εάν οι διαστάσεις των φορτισμένων σωμάτων μπορούν να αγνοηθούν λόγω της απόστασης μεταξύ των αντικειμένων αλληλεπίδρασης που τις υπερβαίνει σημαντικά.

Ο συντελεστής αναλογικότητας k στο νόμο του Coulomb εξαρτάται από την επιλογή του συστήματος των μονάδων.

Στο Διεθνές Σύστημα Συμβόλων, η μονάδα μέτρησης του ηλεκτρικού φορτίου είναι το κουλόμπ (K l).

Ορισμός 16

Κρεμαστό κόσμημαείναι ένα φορτίο που διέρχεται από τη διατομή ενός αγωγού σε 1 s με ένταση ρεύματος 1 A. Η μονάδα ισχύος ρεύματος (αμπέρ) σε CI είναι, μαζί με τις μονάδες μήκους, χρόνου και μάζας, η κύρια μονάδα μέτρησης .

Ο συντελεστής k στο σύστημα CI γράφεται στις περισσότερες περιπτώσεις ως η ακόλουθη έκφραση:

k = 1 4 π ε 0 .

Στο οποίο ε 0 = 8,85 · 10 - 12 K l 2 N · m 2 είναι η ηλεκτρική σταθερά.

Στο σύστημα C I, το στοιχειώδες φορτίο e ισούται με:

e = 1,602177 10 - 19 K l ≈ 1,6 10 - 19 K l.

Με βάση την εμπειρία, μπορούμε να πούμε ότι οι δυνάμεις της αλληλεπίδρασης Coulomb υπακούουν στην αρχή της υπέρθεσης.

Θεώρημα 1

Εάν ένα φορτισμένο σώμα αλληλεπιδρά ταυτόχρονα με πολλά φορτισμένα σώματα, τότε η δύναμη που ασκείται σε ένα δεδομένο σώμα είναι ίση με το διανυσματικό άθροισμα των δυνάμεων που ασκούνται σε αυτό το σώμα από όλα τα άλλα φορτισμένα σώματα.

Στο Σχήμα 1. 1 . 4, χρησιμοποιώντας το παράδειγμα της ηλεκτροστατικής αλληλεπίδρασης τριών φορτισμένων σωμάτων, εξηγείται η αρχή της υπέρθεσης.

Εικόνα 1. 1 . 4 . Η αρχή της υπέρθεσης ηλεκτροστατικών δυνάμεων F → = F 21 → + F 31 → ; F 2 → = F 12 → + F 32 → ; F 3 → = F 13 → + F 23 → .

Εικόνα 1. 1 . 5 . Μοντέλο αλληλεπίδρασης σημειακών φορτίων.

Αν και η αρχή της υπέρθεσης είναι ένας θεμελιώδης νόμος της φύσης, η χρήση της απαιτεί κάποια προσοχή όταν εφαρμόζεται στην αλληλεπίδραση φορτισμένων σωμάτων πεπερασμένων διαστάσεων. Ένα παράδειγμα αυτών θα ήταν δύο αγώγιμες φορτισμένες μπάλες 1 και 2. Εάν μια άλλη φορτισμένη μπάλα μεταφερθεί σε ένα παρόμοιο σύστημα που αποτελείται από δύο φορτισμένες μπάλες, τότε η αλληλεπίδραση μεταξύ 1 και 2 θα υποστεί αλλαγές λόγω της ανακατανομής των φορτίων.

Η αρχή της υπέρθεσης προϋποθέτει ότι οι δυνάμεις της ηλεκτροστατικής αλληλεπίδρασης μεταξύ οποιωνδήποτε δύο σωμάτων δεν εξαρτώνται από την παρουσία άλλων φορτισμένων σωμάτων, υπό την προϋπόθεση ότι η κατανομή των φορτίων είναι σταθερή (δομένη).

Εάν παρατηρήσετε κάποιο σφάλμα στο κείμενο, επισημάνετε το και πατήστε Ctrl+Enter

Απλά πειράματα για τον ηλεκτρισμό διαφόρων σωμάτων απεικονίζουν τα ακόλουθα σημεία.

Στοιχειώδες ηλεκτρικό φορτίο ( μι) είναι το μικρότερο ηλεκτρικό φορτίο, θετικό ή αρνητικό, ίσο με το φορτίο ηλεκτρονίου:

ε = 1,6021892(46) 10 -19 C.

Προσδιορισμός χρέωσης.

Πρέπει να τονιστεί ιδιαίτερα ότι το φορτίο είναι αναπόσπαστη ιδιότητα του σωματιδίου. Μπορείτε να φανταστείτε ένα σωματίδιο χωρίς φορτίο, αλλά δεν μπορείτε να φανταστείτε ένα φορτίο χωρίς σωματίδιο.

Στη σύγχρονη φυσική, το φορτίο ορίζεται ως εξής:

Ηλεκτρικό φορτίοείναι ένα φυσικό μέγεθος που είναι η πηγή του ηλεκτρικού πεδίου μέσω του οποίου συμβαίνει η αλληλεπίδραση των σωματιδίων με ένα φορτίο.

3.1. Ηλεκτρικό φορτίο

Ακόμη και στην αρχαιότητα, οι άνθρωποι παρατήρησαν ότι ένα κομμάτι κεχριμπάρι φορεμένο με μαλλί άρχισε να προσελκύει διάφορα μικρά αντικείμενα: κηλίδες σκόνης, κλωστές και παρόμοια. Μπορείτε εύκολα να δείτε μόνοι σας ότι μια πλαστική χτένα, τρίβεται στα μαλλιά σας, αρχίζει να προσελκύει μικρά κομμάτια χαρτιού. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται εξηλεκτρισμός, και οι δυνάμεις που δρουν σε αυτή την περίπτωση είναι ηλεκτρικές δυνάμεις. Και τα δύο ονόματα προέρχονται από την ελληνική λέξη electron, που σημαίνει κεχριμπάρι.
Όταν τρίβετε μια χτένα σε μαλλιά ή ένα ραβδί εβονίτη σε μάλλινα αντικείμενα φόρτιση, σχηματίζουν ηλεκτρικά φορτία. Τα φορτισμένα σώματα αλληλεπιδρούν μεταξύ τους και ανάμεσά τους προκύπτουν ηλεκτρικές δυνάμεις.
Όχι μόνο τα στερεά, αλλά και τα υγρά, ακόμη και τα αέρια μπορούν να ηλεκτριστούν με την τριβή.
Όταν τα σώματα ηλεκτρίζονται, οι ουσίες που αποτελούν τα ηλεκτρισμένα σώματα δεν μετατρέπονται σε άλλες ουσίες. Έτσι, ο ηλεκτρισμός είναι ένα φυσικό φαινόμενο.
Υπάρχουν δύο διαφορετικά είδη ηλεκτρικών φορτίων. Εντελώς αυθαίρετα ονομάζονται " θετικός"χρέωση και " αρνητικός"χρέωση (και θα μπορούσε κανείς να τα πει «μαύρα» και «άσπρα», ή «όμορφα» και «τρομερά» ή κάτι άλλο).
Θετικά φορτισμένοκαλούμε τα σώματα που δρουν σε άλλα φορτισμένα αντικείμενα με τον ίδιο τρόπο όπως το γυαλί που ηλεκτρίζεται από την τριβή με το μετάξι.
Αρνητικά φορτισμένοκαλούμε σώματα που δρουν σε άλλα φορτισμένα αντικείμενα με τον ίδιο τρόπο όπως το κερί στεγανοποίησης που ηλεκτρίζεται από την τριβή στο μαλλί.
Η κύρια ιδιότητα των φορτισμένων σωμάτων και σωματιδίων: Πιθανώς φορτισμένα σώματα και σωματίδια απωθούνται και τα αντίθετα φορτισμένα σώματα έλκονται. Σε πειράματα με πηγές ηλεκτρικών φορτίων, θα εξοικειωθείτε με ορισμένες άλλες ιδιότητες αυτών των φορτίων: φορτία μπορούν να «ρέουν» από το ένα αντικείμενο στο άλλο, να συσσωρεύονται, μια ηλεκτρική εκκένωση μπορεί να συμβεί μεταξύ φορτισμένων σωμάτων κ.λπ. Θα μελετήσετε αυτές τις ιδιότητες λεπτομερώς σε ένα μάθημα φυσικής.

3.2. ο νόμος του Κουλόμπ

Ηλεκτρικό φορτίο ( Qή q) είναι ένα φυσικό μέγεθος, μπορεί να είναι μεγαλύτερο ή μικρότερο και επομένως μπορεί να μετρηθεί. Αλλά οι φυσικοί δεν είναι ακόμη σε θέση να συγκρίνουν άμεσα φορτία μεταξύ τους, επομένως δεν συγκρίνουν τα ίδια τα φορτία, αλλά την επίδραση που έχουν τα φορτισμένα σώματα μεταξύ τους ή σε άλλα σώματα, για παράδειγμα, τη δύναμη με την οποία ενεργεί ένα φορτισμένο σώμα. αλλο.

Οι δυνάμεις (F) που δρουν σε καθένα από τα δύο σημειακά φορτισμένα σώματα κατευθύνονται αντίθετα κατά μήκος της ευθείας που συνδέει αυτά τα σώματα. Οι τιμές τους είναι ίσες μεταξύ τους, ευθέως ανάλογες με το γινόμενο των φορτίων αυτών των σωμάτων (q 1 ) και (ιζ 2 ) και είναι αντιστρόφως ανάλογες με το τετράγωνο της απόστασης (l) μεταξύ τους.

Αυτή η σχέση ονομάζεται «νόμος του Κουλόμπ» προς τιμήν του Γάλλου φυσικού Charles Coulomb (1763-1806) που την ανακάλυψε το 1785. Η πιο σημαντική εξάρτηση των δυνάμεων Coulomb από το πρόσημο του φορτίου και την απόσταση μεταξύ φορτισμένων σωμάτων στη χημεία φαίνεται ξεκάθαρα στο Σχ. 3.1.

Η μονάδα μέτρησης του ηλεκτρικού φορτίου είναι το κουλόμπ (ορισμός σε μάθημα φυσικής). Ένα φορτίο 1 C ρέει μέσω ενός λαμπτήρα 100 Watt σε περίπου 2 δευτερόλεπτα (με τάση 220 V).

3.3. Στοιχειώδες ηλεκτρικό φορτίο

Μέχρι τα τέλη του 19ου αιώνα, η φύση του ηλεκτρισμού παρέμενε ασαφής, αλλά πολυάριθμα πειράματα οδήγησαν τους επιστήμονες στο συμπέρασμα ότι το μέγεθος του ηλεκτρικού φορτίου δεν μπορεί να αλλάζει συνεχώς. Διαπιστώθηκε ότι υπάρχει ένα μικρότερο, περαιτέρω αδιαίρετο τμήμα ηλεκτρικής ενέργειας. Το φορτίο αυτού του τμήματος ονομάζεται "στοιχειώδες ηλεκτρικό φορτίο" (δηλώνεται με το γράμμα μι). Αποδείχθηκε ότι ήταν 1,6. 10-19 Τάξεις Αυτή είναι μια πολύ μικρή τιμή - σχεδόν 3 δισεκατομμύρια στοιχειώδη ηλεκτρικά φορτία περνούν μέσα από το νήμα του ίδιου λαμπτήρα σε 1 δευτερόλεπτο.
Οποιοδήποτε φορτίο είναι πολλαπλάσιο του στοιχειώδους ηλεκτρικού φορτίου, επομένως είναι βολικό να χρησιμοποιείται το στοιχειώδες ηλεκτρικό φορτίο ως μονάδα μέτρησης για μικρά φορτία. Ετσι,

1μι= 1,6. 10-19 Τάξεις

Στο γύρισμα του 19ου και του 20ου αιώνα, οι φυσικοί συνειδητοποίησαν ότι ο φορέας ενός στοιχειώδους αρνητικού ηλεκτρικού φορτίου είναι ένα μικροσωματίδιο, που ονομάζεται ηλεκτρόνιο(Joseph John Thomson, 1897). Ο φορέας ενός στοιχειώδους θετικού φορτίου είναι ένα μικροσωματίδιο που ονομάζεται πρωτόνιο- ανακαλύφθηκε λίγο αργότερα (Ernest Rutherford, 1919). Ταυτόχρονα αποδείχθηκε ότι τα θετικά και αρνητικά στοιχειώδη ηλεκτρικά φορτία είναι ίσα σε απόλυτη τιμή

Έτσι, το στοιχειώδες ηλεκτρικό φορτίο είναι το φορτίο ενός πρωτονίου.
Θα μάθετε για άλλα χαρακτηριστικά του ηλεκτρονίου και του πρωτονίου στο επόμενο κεφάλαιο.

Παρά το γεγονός ότι η σύνθεση των φυσικών σωμάτων περιλαμβάνει φορτισμένα σωματίδια, στην κανονική κατάσταση τα σώματα είναι αφόρτιστα ή ηλεκτρικά ουδέτερο. Πολλά πολύπλοκα σωματίδια, όπως άτομα ή μόρια, είναι επίσης ηλεκτρικά ουδέτερα. Το συνολικό φορτίο ενός τέτοιου σωματιδίου ή ενός τέτοιου σώματος αποδεικνύεται μηδέν επειδή ο αριθμός των ηλεκτρονίων και ο αριθμός των πρωτονίων που περιλαμβάνονται στη σύνθεση του σωματιδίου ή του σώματος είναι ίσοι.

Τα σώματα ή τα σωματίδια φορτίζονται εάν διαχωρίζονται ηλεκτρικά φορτία: σε ένα σώμα (ή σωματίδιο) υπάρχει περίσσεια ηλεκτρικών φορτίων ενός σημείου και από την άλλη - ενός άλλου. Στα χημικά φαινόμενα, ένα ηλεκτρικό φορτίο οποιουδήποτε σημείου (θετικό ή αρνητικό) δεν μπορεί ούτε να εμφανιστεί ούτε να εξαφανιστεί, αφού φορείς στοιχειωδών ηλεκτρικών φορτίων ενός μόνο σημείου δεν μπορούν να εμφανιστούν ή να εξαφανιστούν.

ΘΕΤΙΚΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ, ΑΡΝΗΤΙΚΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ, ΒΑΣΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΦΟΡΜΙΣΜΕΝΩΝ ΣΩΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ, ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ ΚΟΥΛΟΜΠ, ΔΕΛΤΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ
1.Πώς φορτίζεται το μετάξι όταν τρίβεται στο γυαλί; Τι γίνεται με το μαλλί όταν τρίβεται με κερί στεγανοποίησης;
2. Ποιος αριθμός στοιχειωδών ηλεκτρικών φορτίων αποτελεί 1 κουλόμπ;
3. Να προσδιορίσετε τη δύναμη με την οποία έλκονται μεταξύ τους δύο σώματα με φορτία +2 C και –3 C, που βρίσκονται σε απόσταση 0,15 m μεταξύ τους.
4. Δύο σώματα με φορτία +0,2 C και –0,2 C βρίσκονται σε απόσταση 1 cm το ένα από το άλλο. Προσδιορίστε τη δύναμη με την οποία έλκονται.
5. Με ποια δύναμη απωθούνται μεταξύ τους δύο σωματίδια που φέρουν το ίδιο φορτίο ίσο με +3; μι, και βρίσκεται σε απόσταση 2 Ε; Η τιμή της σταθεράς στην εξίσωση του νόμου του Κουλόμπ κ= 9. 10 9 N. m 2 / Cl 2.
6. Με ποια δύναμη έλκεται ένα ηλεκτρόνιο σε ένα πρωτόνιο αν η απόσταση μεταξύ τους είναι 0,53 Ε; Τι γίνεται με το πρωτόνιο σε ηλεκτρόνιο;
7. Δύο όμοιες και πανομοιότυπα φορτισμένες μπάλες συνδέονται με ένα μη αγώγιμο νήμα. Η μέση του νήματος είναι σταθερά στερεωμένη. Σχεδιάστε πώς αυτές οι μπάλες θα βρίσκονται στο διάστημα υπό συνθήκες όπου η δύναμη της βαρύτητας μπορεί να παραμεληθεί.
8. Κάτω από τις ίδιες συνθήκες, πώς θα βρίσκονται στο κενό τρεις όμοιες μπάλες, δεμένες με κλωστές ίσου μήκους σε ένα στήριγμα; Τι θα λέγατε για τέσσερα;
Πειράματα έλξης και απώθησης φορτισμένων σωμάτων.

Προσδιορισμός χρέωσης.

Προσδιορισμός χρέωσης.

Είναι οι μελιτζάνες υγιεινές; Μελιτζάνα. Μελιτζάνες στη λαϊκή ιατρική

Γρήγορη συνταγή για άπαχο κέικ κακάο χωρίς αυγά ή γάλα