Положительные и отрицательные заряды. Закон сохранения электрического заряда. Отрицательный и положительный электрический заряд. Электрон и протон Что положительные заряды
Связанный с материальным носителем; внутренняя характеристика элементарной частицы, определяющая ее электромагнитные взаимодействия.
Электрический заряд является физической величиной, характеризующей свойство тел или частиц вступать в электромагнитные взаимодействия, и определяющей значения сил и энергий при таких взаимодействиях. Электрический заряд - одно из основных понятий учения об электричестве. Вся совокупность электрических явлений есть проявление существования, движения и взаимодействия электрических зарядов. Электрический заряд является неотъемлемым свойством некоторых элементарных частиц .
Имеется два вида электрических зарядов, условно называемых положительными и отрицательными. Заряды одного знака отталкиваются, разных знаков - притягиваются друг к другу. Заряд наэлектризованной стеклянной палочки условно стали считать положительным, а смоляной (в частности, янтарной) - отрицательным. В соответствии с этим условием электрический заряд электрона отрицателен (греч. «электрон» - янтарь).
Заряд макроскопического тела определяется суммарным зарядом элементарных частиц, из которых состоит это тело. Чтобы зарядить макроскопическое тело нужно изменить число содержащихся в нем заряженных элементарных частиц, т. е. перенести на него или удалить с него некоторое количество зарядов одного знака. В реальных условиях такой процесс обычно связан с перемещением электронов. Тело считают заряженным только в том случае, если на нем находится избыток зарядов одного знака, составляющий заряд тела, обозначаемый обычно буквой q или Q .Если заряды размещены на точечных телах, то сила взаимодействия между ними может быть определена по закону Кулона . Единицей заряда в системе СИ является кулон - Кл.
Электрический заряд q любого тела дискретен, существует минимальный, элементарный электрический заряд - е, которому кратны все электрические заряды тел:
\(q = n e\)
Минимальный заряд, существующий в природе, - это заряд элементарных частиц. В единицах СИ модуль этого заряда равен: е = 1, 6.10 -19 Кл. Любые электрические заряды в целое число раз больше элементарного. Элементарным электрическим зарядом обладают все заряженные элементарные частицы. В конце 19 в. был открыт электрон - носитель отрицательного электрического заряда, а в начале 20 в, - протон, обладающий таким же по величине положительным зарядом; таким образом, было доказано, что электрические заряды существуют не сами по себе, а связаны с частицами, являются внутренним свойством частиц (позднее были открыты и другие элементарные частицы, несущие положительный или отрицательный заряд той же величины). Заряд всех элементарных частиц (если он не равен нулю) одинаков по абсолютной величине. Элементарные гипотетические частицы - кварки, заряд которых равен 2/3е или +1/3е , не наблюдались, однако в теории элементарных частиц предполагается их существование.
Инвариантность электрического заряда установлена экспериментально: величина заряда не зависит от скорости, с которой он движется (т. е. величина заряда инвариантна относительно инерциальных систем отсчета, и не зависит от того, движется он или покоится).
Электрический заряд аддитивен, т. е. заряд любой системы тел (частиц) равен сумме зарядов тел (частиц), входящих в систему.
Электрический заряд подчиняется закону сохранения, который был установлен после проведения множества опытов. В электрически замкнутой системе полный суммарный заряд сохраняется и остается постоянным при любых физических процессах, происходящих в системе. Этот закон справедлив для изолированных электрических замкнутых систем, в которые заряды не вносятся и из которых они не выносятся. Этот закон действует и для элементарных частиц, которые рождаются и аннигилируют парами, суммарных заряд которых равен нулю.
«Физика - 10 класс»
Вначале рассмотрим наиболее простой случай, когда электрически заряженные тела находятся в покое.
Раздел электродинамики, посвящённый изучению условий равновесия электрически заряженных тел, называют электростатикой .
Что такое электрический заряд?
Какие существуют заряды?
Со словами электричество, электрический заряд, электрический ток вы встречались много раз и успели к ним привыкнуть. Но попробуйте ответить на вопрос: «Что такое электрический заряд?» Само понятие заряд - это основное, первичное понятие, которое не сводится на современном уровне развития наших знаний к каким-либо более простым, элементарным понятиям.
Попытаемся сначала выяснить, что понимают под утверждением: «Данное тело или частица имеет электрический заряд».
Все тела построены из мельчайших частиц, которые неделимы на более простые и поэтому называются элементарными .
Элементарные частицы имеют массу и благодаря этому притягиваются друг к другу согласно закону всемирного тяготения. С увеличением расстояния между частицами сила тяготения убывает обратно пропорционально квадрату этого расстояния. Большинство элементарных частиц, хотя и не все, кроме того, обладают способностью взаимодействовать друг с другом с силой, которая также убывает обратно пропорционально квадрату расстояния, но эта сила во много раз превосходит силу тяготения.
Так в атоме водорода, изображённом схематически на рисунке 14.1, электрон притягивается к ядру (протону) с силой, в 10 39 раз превышающей силу гравитационного притяжения.
Если частицы взаимодействуют друг с другом с силами, которые убывают с увеличением расстояния так же, как и силы всемирного тяготения, но превышают силы тяготения во много раз, то говорят, что эти частицы имеют электрический заряд. Сами частицы называются заряженными .
Бывают частицы без электрического заряда, но не существует электрического заряда без частицы.
Взаимодействие заряженных частиц называется электромагнитным .
Электрический заряд определяет интенсивность электромагнитных взаимодействий, подобно тому как масса определяет интенсивность гравитационных взаимодействий.
Электрический заряд элементарной частицы - это не особый механизм в частице, который можно было бы снять с неё, разложить на составные части и снова собрать. Наличие электрического заряда у электрона и других частиц означает лишь существование определённых силовых взаимодействий между ними.
Мы, в сущности, ничего не знаем о заряде, если не знаем законов этих взаимодействий. Знание законов взаимодействий должно входить в наши представления о заряде. Эти законы непросты, и изложить их в нескольких словах невозможно. Поэтому нельзя дать достаточно удовлетворительное краткое определение понятию электрический заряд .
Два знака электрических зарядов.
Все тела обладают массой и поэтому притягиваются друг к другу. Заряженные же тела могут как притягивать, так и отталкивать друг друга. Этот важнейший факт, знакомый вам, означает, что в природе есть частицы с электрическими зарядами противоположных знаков; в случае зарядов одинаковых знаков частицы отталкиваются, а в случае разных притягиваются.
Заряд элементарных частиц - протонов , входящих в состав всех атомных ядер, называют положительным, а заряд электронов - отрицательным. Между положительными и отрицательными зарядами внутренних различий нет. Если бы знаки зарядов частиц поменялись местами, то от этого характер электромагнитных взаимодействий нисколько бы не изменился.
Элементарный заряд.
Кроме электронов и протонов, есть ещё несколько типов заряженных элементарных частиц. Но только электроны и протоны могут неограниченно долго существовать в свободном состоянии. Остальные же заряженные частицы живут менее миллионных долей секунды. Они рождаются при столкновениях быстрых элементарных частиц и, просуществовав ничтожно малое время, распадаются, превращаясь в другие частицы. С этими частицами вы познакомитесь в 11 классе.
К частицам, не имеющим электрического заряда, относится нейтрон . Его масса лишь незначительно превышает массу протона. Нейтроны вместе с протонами входят в состав атомного ядра. Если элементарная частица имеет заряд, то его значение строго определено.
Заряженные тела Электромагнитные силы в природе играют огромную роль благодаря тому, что в состав всех тел входят электрически заряженные частицы. Составные части атомов - ядра и электроны - обладают электрическим зарядом.
Непосредственно действие электромагнитных сил между телами не обнаруживается, так как тела в обычном состоянии электрически нейтральны.
Атом любого вещества нейтрален, так как число электронов в нём равно числу протонов в ядре. Положительно и отрицательно заряженные частицы связаны друг с другом электрическими силами и образуют нейтральные системы.
Макроскопическое тело заряжено электрически в том случае, если оно содержит избыточное количество элементарных частиц с каким-либо одним знаком заряда. Так, отрицательный заряд тела обусловлен избытком числа электронов по сравнению с числом протонов, а положительный - недостатком электронов.
Для того чтобы получить электрически заряженное макроскопическое тело, т. е. наэлектризовать его, нужно отделить часть отрицательного заряда от связанного с ним положительного или перенести на нейтральное тело отрицательный заряд.
Это можно сделать с помощью трения. Если провести расчёской по сухим волосам, то небольшая часть самых подвижных заряженных частиц - электронов перейдёт с волос на расчёску и зарядит её отрицательно, а волосы зарядятся положительно.
Равенство зарядов при электризации
С помощью опыта можно доказать, что при электризации трением оба тела приобретают заряды, противоположные по знаку, но одинаковые по модулю.
Возьмём электрометр, на стержне которого укреплена металлическая сфера с отверстием, и две пластины на длинных рукоятках: одна из эбонита, а другая из плексигласа. При трении друг о друга пластины электризуются.
Внесём одну из пластин внутрь сферы, не касаясь её стенок. Если пластина заряжена положительно, то часть электронов со стрелки и стержня электрометра притянется к пластине и соберётся на внутренней поверхности сферы. Стрелка при этом зарядится положительно и оттолкнётся от стержня электрометра (рис. 14.2, а).
Если внести внутрь сферы другую пластину, вынув предварительно первую, то электроны сферы и стержня будут отталкиваться от пластины и соберутся в избытке на стрелке. Это вызовет отклонение стрелки от стержня, причём на тот же угол, что и в первом опыте.
Опустив обе пластины внутрь сферы, мы вообще не обнаружим отклонения стрелки (рис. 14.2, б). Это доказывает, что заряды пластин равны по модулю и противоположны по знаку.
Электризация тел и её проявления. Значительная электризация происходит при трении синтетических тканей. Снимая с себя рубашку из синтетического материала в сухом воздухе, можно слышать характерное потрескивание. Между заряженными участками трущихся поверхностей проскакивают маленькие искорки.
В типографиях происходит электризация бумаги при печати, и листы слипаются. Чтобы это не происходило, применяют специальные устройства для стекания заряда. Однако электризация тел при тесном контакте иногда используется, например, в различных электрокопировальных установках и др.
Закон сохранения электрического заряда.
Опыт с электризацией пластин доказывает, что при электризации трением происходит перераспределение имеющихся зарядов между телами, до этого нейтральными. Небольшая часть электронов переходит с одного тела на другое. При этом новые частицы не возникают, а существовавшие ранее не исчезают.
При электризации тел выполняется закон сохранения электрического заряда . Этот закон справедлив для системы, в которую не входят извне и из которой не выходят наружу заряженные частицы, т. е. для изолированной системы .
В изолированной системе алгебраическая сумма зарядов всех тел сохраняется.
q 1 + q 2 + q 3 + ... + q n = const. (14.1)
где q 1 , q 2 и т. д. - заряды отдельных заряженных тел.
Закон сохранения заряда имеет глубокий смысл. Если число заряженных элементарных частиц не меняется, то выполнение закона сохранения заряда очевидно. Но элементарные частицы могут превращаться друг в друга, рождаться и исчезать, давая жизнь новым частицам.
Однако во всех случаях заряженные частицы рождаются только парами с одинаковыми по модулю и противоположными по знаку зарядами; исчезают заряженные частицы тоже только парами, превращаясь в нейтральные. И во всех этих случаях алгебраическая сумма зарядов остаётся одной и той же.
Справедливость закона сохранения заряда подтверждают наблюдения над огромным числом превращений элементарных частиц. Этот закон выражает одно из самых фундаментальных свойств электрического заряда. Причина сохранения заряда до сих пор неизвестна.
2. Частицы Инь и Ян. масса и антимасса. положительный и отрицательный заряд. вещество и антивещество
1. Частицы Инь и Ян.
1) Частицы Инь – поглощающие Эфир – формируют в эфирном поле Вселенной поле Притяжения.
Эфир эфирного поля стремится двигаться к такой частице в соответствии с 1-ым принципом Закона действия Сил – «Природа не терпит пустоты». Этот движущийся по направлению к частице эфирный поток и есть Поле Притяжения .
Каждая частица, поглощающая Эфир, поглощает в единицу времени строго определенное количество Эфира. Из-за того что Эфир эфирного поля всюду равномерен, не имеет уплотнений или разрежений, можно говорить о скорости поглощения Эфира. Скорость поглощения как раз и будет указывать на количество эфира, поглощаемое частицей в единицу времени.
2) Частицы Ян – испускающие Эфир – формируют в эфирном поле Вселенной Поле Отталкивания.
Эфир эфирного поля стремится отдаляться от такой частицы в соответствии со 2-ым принципом Закона действия Сил – «Природа не терпит избытка». Этот отдаляющийся от частицы эфирный поток – это и есть Поле Отталкивания.
Каждая частица, испускающая Эфир, испускает в единицу времени строго определенное количество Эфира. Скорость испускания Эфира указывает на количество Эфира, испускаемое частицей в единицу времени.
2. Масса – антимасса.
А теперь давайте проведем параллель между физической величиной, существующей в науке, массой и часто используемыми в этой книге понятиями – Поле Притяжения и Поле Отталкивания.
Частицы с Полями Притяжения (частицы Инь) ответственны за процесс гравитации – т. е. притяжения к ним других частиц. Поле Притяжения – это и есть масса .
Частицы с Полями Отталкивания (частицы Ян) отвечают за процесс антигравитации (пока непризнанный официальной наукой) – т. е. процесс отталкивания от них других частиц. В науке пока нет соответствия понятию Поле Отталкивания, следовательно, придется его создать. Таким образом, Поле Отталкивания – это антимасса .
3. Электрический заряд – положительный и отрицательный.
Думаю, не мне одной хотелось и хочется объединить формулу, описывающую гравитационное взаимодействие тел (Закон всемирного тяготения ), с формулой, посвященной взаимодействию электрических зарядов (Закон Кулона ). Так давайте сделаем это!
Необходимо поставить знак равенства между понятиями масса и положительный заряд , а также между понятиями антимасса и отрицательный заряд .
Положительный заряд (или масса) характеризует частицы Инь (с Полями Притяжения) – т. е. поглощающие эфир из окружающего эфирного поля.
А отрицательный заряд (или антимасса) характеризует частицы Ян (с Полями Отталкивания) – т. е. испускающие эфир в окружающее эфирное поле.
Собственно говоря, масса (или положительный заряд), а также антимасса (или отрицательный заряд) указывает нам на то, что данная частица поглощает (или испускает) Эфир.
Что касается положения электродинамики о том, что происходит отталкивание одинаковых по знаку зарядов (как отрицательных, так и положительных) и притяжение друг к другу разных по знаку зарядов, то оно не совсем точно. И причина этого – не совсем верное толкование опытов по электромагнетизму.
Частицы с Полями Притяжения (положительно заряженные) никогда не будут отталкиваться друг от друга. Они только притягиваются. А вот частицы с Полями Отталкивания (отрицательно заряженные), действительно, всегда будут отталкиваться друг от друга (в том числе и от отрицательного полюса магнита).
Частицы с Полями Притяжения (положительно заряженные) притягивают к себе любые частицы: как отрицательно заряженные (с Полями Отталкивания), так и положительно заряженные (с Полями Притяжения). Однако если обе частицы обладают Полем Притяжения, то та из них, чье Поле Притяжения больше, будет в большей мере смещать к себе другую частицу, нежели это будет делать частица с меньшим Полем Притяжения.
4. Вещество – антивещество.
В физике материей называют тела, а также химические элементы, из которых эти тела построены, и еще элементарные частицы. В целом можно считать приблизительно верным использование этого термина подобным образом. Ведь Материя , с эзотерической точки зрения, это силовые центры, сферы элементарных частиц. Химические элементы построены из элементарных частиц, а тела – из химических элементов. Но в конечном итоге выходит так, что все состоит из элементарных частиц. Но если быть точной, то вокруг себя мы видим не Материю, а Души – т. е. элементарные частицы. Элементарная частица в отличие от силового центра (т. е. Душа в отличие от Материи) наделена качеством – в ней творится и исчезает Эфир.
Понятие вещество можно считать синонимом используемого физикой понятия материя. Вещество – это, в буквальном смысле, то, из чего состоят вещи, окружающие человека, – т. е. химические элементы и их соединения. А химические элементы, как уже указывалось, состоят из элементарных частиц.
Для вещества и материи в науке существуют понятия-антонимы – антивещество и антиматерия , которые являются друг по отношению к другу синонимами.
Ученые признают существование антивещества. Однако то, что они принимают за антивещество, в реальности таковым не является. В действительности антивещество всегда было под рукой у науки и было косвенно открыто уже давным-давно, с тех пор как начали проводить опыты по электромагнетизму. А проявления его существования мы постоянно можем ощущать в окружающем нас мире. Антивещество возникло во Вселенной вместе с веществом в тот самый момент, когда проявились элементарные частицы (Души). Вещество – это частицы Инь (т. е. частицы с Полями Притяжения). Антивещество (антиматерия) – это частицы Ян (частицы с Полями Отталкивания).
Свойства частиц Инь и Ян прямо противоположны, в связи с чем они прекрасно подходят на роль искомых вещества и антивещества.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.Настройтесь на положительный исход Дорогие женщины, старайтесь не концентрировать ваше внимание на негативных примерах. Очень часто «доброжелатели» говорят о множестве неудачных исходов беременности. Особенно часто это происходит в больнице, когда соседки по палате
Секрет 7. Настройтесь на положительный исход Две мышки попали в банку со сметаной. Одна, решив, что не вылезет, утонула. Вторая долго барахталась, сбила масло и вылезла.Если вы хоть на чуточку засомневаетесь в позитивном результате ваших начинаний, то ничего у вас не
08. Масса и температура Любой случай трансформации частицы, и, соответственно, повышения ее температуры, приводит к уменьшению величины Силы Притяжения, возникающей в ней по отношению к любому притягивающему ее объекту, например, по отношению к какому-либо химическому
02. Вещество, тело, среда Вещество может состоять:1. Либо из свободных элементарных частиц одинакового или разного качества;2. Либо из химических элементов одинакового или разного качества;3. Либо из химических элементов одинакового или разного качества и накопленных ими
МАТЕРИАЛЫ (вещество) 1041. АЛЮМИНИЙ - ненадёжность, изменчивость; «дешёвые» намерения, обещания.1042. БРОНЯ - защита.1043. ГРАНИТ - символ твёрдости и неприступности. Кусать - трудное приобретение ценных знаний.1044. ГСМ (горюче-смазочные материалы, бензин, керосин) -
Сценарий первый, отрицательный Молодая женщина, вполне симпатичная, мать двоих детей, почти никогда нигде не работала, но ей всегда кто-нибудь помогал: родственники, бывший муж, редкие ухажеры... Однажды она встретила мужчину средних лет, имевшего свой небольшой бизнес.
Сценарий второй, положительный Одна девочка была милым тихим ребенком. Она могла часами играть в куклы, никому не доставляя хлопот. Платья ее кукол всегда были аккуратно выглажены и лежали на своих полках годами. И свои собственные платья девочка носила очень аккуратно,
Гениальность - масса мозга или количество извилин? Вот уже много столетий люди пытаются разгадать тайну гениальности. Мы не только не знаем, откуда она появляется, но зачастую даже не можем сформулировать, что это такое. По определению английского поэта Кольриджа,
Гигантский заряд жизненных сил и энергий Во мне гигантский новорожденный заряд жизненной силы на весь данный мировой цикл. Я от Бога получил гигантский заряд жизненных сил на энергичную радостную жизнь в течение всего данного мирового цикла. Вся моя жизнь впереди.
4. Новый заряд жизненной силы Господь Бог сплошным круглосуточным-круглогодичным потоком вливает в меня новый гигантский заряд жизненной силы на многие десятилетия молодой-веселой энергичной жизни. Я весь насквозь наполняюсь новым гигантским зарядом жизненной силы. Во
Человек эгрегориалыный, масса Пожалуй, начнем с самой стабильной части человеческого сообщества. С эгрегориальной массы, роли, рассеянно разыгрываемой не увлеченными ничем особенным среднестатистическими людьми.Практически в любой стране это большая часть населения.
ЖИВЕТЕ – получить заряд энергии Это слово-лекарь поможет вам: получить новый заряд энергии начать активно мыслить и действоватьПрименяйте его: перед началом дела, требующего от вас полной отдачи при ощущении апатии и равнодушия ко всему происходящему вокруг
ВЕЩЕСТВО, СПРЯТАННОЕ В КОСМОСЕ Из содержания настоящей книги читателю становится вполне ясно, что во Вселенной нет такого места (даже точки!), где бы отсутствовала материя. Если даже в космическом пространстве не наблюдаются никакие небесные объекты, то из этого вовсе не
15. Вещество ума Слово «ум» употребляется во многих различных случаях. Его основное значение – механизм восприятия. Когда мы говорим об «уме», мы обычно имеем в виду думающий рассудочный ум, ум внутреннего диалога, ум как «я есмь», ум как это. Однако этот ум представляет
Электрический заряд – физическая величина, характеризующая способность тел вступать в электромагнитные взаимодействия. Измеряется в Кулонах.
Элементарный электрический заряд – минимальный заряд, который имеют элементарные частицы (заряд протона и электрона).
e = Кл
Тело имеет заряд , значит имеет лишние или недостающий электроны. Такой заряд обозначается q = ne . (он равен числу элементарных зарядов).
Наэлектризовать тело – создать избыток и недостаток электронов. Способы: электризация трением и электризация соприкосновением .
Точечный заря д – заряд тела, которое можно принять за материальную точку.
Пробный заряд
(
)
– точечный, малый по величине заряд,
обязательно положительный – используется
для исследования электрического поля.
Закон сохранения заряда : в изолированной системе алгебраическая сумма зарядов всех тел сохраняется постоянной при любых взаимодействиях этих тел между собой .
Закон Кулона : силы взаимодействия двух точечных зарядов пропорциональны произведению этих зарядов, обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними, зависят от свойств среды и направлены вдоль прямой, соединяющей их центры .
,
где 
Ф/м,
Кл 2 /нм 2 – диэлектр. пост.
вакуума
- относит. диэлектрическая проницаемость
(>1)
- абсолютная диэлектрическая прониц.
среды
Электрическое поле – материальная среда, через которую происходит взаимодействие электрических зарядов.
Свойства электрического поля:
Характеристики электрического поля:
Напряжённость (E ) – векторная величина, равная силе, действующей на единичный пробный заряд, помещённый в данную точку.
Измеряется в Н/Кл.
Направление – такое же, как и у действующей силы.
Напряжённость не зависит ни от силы, ни от величины пробного заряда.
Суперпозиция электрических полей : напряжённость поля, созданного несколькими зарядами, равна векторной сумме напряжённостей полей каждого заряда:
Графически электронное поле изображают с помощью линий напряжённости.
Линия напряжённости – линия, касательная к которой в каждой точке совпадает с направлением вектора напряжённости.
Свойства линий напряжённости : они не пересекаются, через каждую точку можно провести лишь одну линию; они не замкнуты, выходят из положительного заряда и входят в отрицательный, либо рассеиваются в бесконечность.
Виды полей:
Однородное электрическое поле – поле, вектор напряжённости которого в каждой точке одинаков по модулю и направлению.
Неоднородное электрическое поле – поле, вектор напряжённости которого в каждой точке неодинаков по модулю и направлению.
Постоянное электрическое поле – вектор напряжённости не изменяется.
Непостоянное электрическое поле – вектор напряжённости изменяется.
Работа электрического поля по перемещению заряда .
,
где F – сила, S
– перемещение,
- угол между F и S.
Для однородного поля: сила постоянна.
Работа не зависит от формы траектории; работа по перемещению по замкнутой траектории равна нулю.
Для неоднородного поля:
Потенциал электрического поля – отношение работы, которое совершает поле, перемещая пробный электрический заряд в бесконечность, к величине этого заряда.
- потенциал
– энергетическая
характеристика поля. Измеряется в
Вольтах
Разность потенциалов
:
Если
,
то
,
значит
- градиент потенциала.
Для однородного поля: разность потенциалов
– напряжение
:
.
Измеряется в Вольтах, приборы –
вольтметры.
Электроёмкость – способность тел накапливать электрический заряд; отношение заряда к потенциалу, которое для данного проводника всегда постоянно.
.
Не зависит от заряда и не зависит от потенциала. Но зависит от размеров и формы проводника; от диэлектрических свойств среды.
, где r – размер,
- проницаемость среды вокруг тела.
Электроёмкость увеличивается, если рядом находятся любые тела – проводники или диэлектрики.
Конденсатор
– устройство для
накопления заряда. Электроёмкость:
Плоский конденсатор – две металлические пластины, между которыми находится диэлектрик. Электроёмкость плоского конденсатора:
,
где S – площадь пластин,
d – расстояние между
пластинами.
Энергия заряженного конденсатора равна работе, которую совершает электрическое поле при переносе заряда с одной пластины на другую.
Перенос малого заряда
,
напряжение измениться на
,
совершится работа
.
Так как
,
а С = const,
.
Тогда
.
Интегрируем:
Энергия электрического поля
:
,
где V=Sl –
объём, занимаемый электрическим полем
Для неоднородного поля
:
.
Объёмная плотность электрического
поля
:
.
Измеряется в Дж/м 3 .
Электрический диполь – система, состоящая из двух равных, но противоположных по знаку точечных электрических зарядов, расположенных на некотором расстоянии друг от друга (плечо диполя - l).
Основная характеристика диполя –
дипольный момент
– вектор, равный
произведению заряда на плечо диполя,
направленный от отрицательного заряда
к положительному. Обозначается
.
Измеряется в Кулон-метрах.
Диполь в однородном электрическом поле.
На каждый из зарядов диполя действуют
силы:
и
.
Эти силы противоположно направлены и
создают момент пары сил – вращающий
момент:
,
где
М – вращающий момент F – силы, действующие на диполь
d – плечо сил l – плечо диполя
p – дипольный момент E – напряжённость
- угол между p и Е q
– заряд
Под действием вращающего момента, диполь повернётся и установится по направлению линий напряжённости. Векторы p и Е будут параллельны и однонаправлены.
Диполь в неоднородном электрическом поле.
Вращающий момент есть, значит диполь повернётся. Но силы будут неравны, и диполь будет двигаться туда, где сила больше.
-
градиент напряжённости
. Чем выше
градиент напряжённости, тем выше боковая
сила, которая стаскивает диполь. Диполь
ориентируется вдоль силовых линий.
Собственное поле диполя .
Но . Тогда:
.
Пусть диполь находится в точке О, а его плечо мало. Тогда:
.
Формула получена с учётом:
Таким образом разность потенциалов зависит от синуса половинного угла, под которым видны точки диполя, и проекции дипольного момента на прямую, соединяющие эти точки.
Диэлектрики в электрическом поле.
Диэлектрик – вещество, не имеющее свободных зарядов, а значит и не проводящее электрический ток. Однако на самом же деле проводимость существует, но она ничтожно мала.
Классы диэлектриков:
с полярными молекулами (вода, нитробензол): молекулы не симметричны, центры масс положительных и отрицательных зарядов не совпадают, а значит, они обладают дипольным моментом даже в случае, когда электрического поля нет.
с неполярными молекулами (водород, кислород): молекулы симметричны, центры масс положительных и отрицательных зарядов совпадают, а значит, они не имеют дипольного момента при отсутствии электрического поля.
кристаллические (хлорид натрия): совокупность двух подрешёток, одна из которых заряжен положительно, а другая – отрицательно; в отсутствии электрического поля суммарный дипольный момент равен нулю.
Поляризация – процесс пространственного разделения зарядов, появления связанных зарядов на поверхности диэлектрика, что приводит к ослаблению поля внутри диэлектрика.
Способы поляризации:
1 способ – электрохимическая поляризация :
На электродах – движение к ним катионов
и анионов, нейтрализация веществ;
образуются области положительных и
отрицательных зарядов. Ток постепенно
уменьшается. Скорость установления
механизма нейтрализации характеризуется
временем релаксации – это время, в
течение которого ЭДС поляризации
увеличится от 0 до максимума от момента
наложения поля.
= 10 -3 -10 -2 с.
2 способ – ориентационная поляризация:
На поверхности диэлектрика образуются
некомпенсированные полярные, т.е.
происходит явление поляризации.
Напряжённость внутри диэлектрика меньше
внешней напряжённости. Время релаксации:
= 10 -13 -10 -7 с. Частота 10 МГц.
3 способ – электронная поляризация:
Характерна для неполярных молекул,
которые становятся диполями. Время
релаксации:
=
10 -16 -10 -14 с. Частота 10 8
МГц.
4 способ – ионная поляризация:
Две решётки (Na и Cl) смещаются относительно друг друга.
Время релаксации:
5 способ – микроструктурная поляризация:
Характерен для биологических структур, когда чередуются заряженные и незаряженные слои. Происходит перераспределение ионов на полупроницаемых или непроницаемых для ионов перегородках.
Время релаксации:
=10 -8 -10 -3 с.
Частота 1 КГц
Числовые характеристики степени поляризации:
Электрический ток – это упорядоченное движение свободных зарядов в веществе или в вакууме.
Условия существования электрического тока :
наличие свободных зарядов
наличие электрического поля, т.е. сил, действующих на эти заряды
Сила тока – величина, равная заряду, который проходит через любое поперечное сечение проводника за единицу времени (1 секунду)
Измеряется в Амперах.
n – концентрация зарядов
q – величина заряда
S – площадь поперечного сечения проводника
- скорость направленного движения
частиц.
Скорость движения заряженных частиц в электрическом поле небольшая – 7*10 -5 м/с, скорость распространения электрического поля 3*10 8 м/с.
Плотность тока – величина заряда, проходящего за 1 секунду через сечение в 1 м 2 .
.
Измеряется в А/м 2 .
- сила, действующая на ион со стороны эл
поля равна силе трения
- подвижность ионов
- скорость направленного движения ионов
=подвижность, напряжённость поля
Удельная проводимость электролита тем больше, чем больше концентрация ионов, их заряд и подвижность. При повышении температуры возрастает подвижность ионов и увеличивается электропроводность.
Определение 1
Многие из окружающих нас физических явлений, происходящих в природе, не находят объяснения в законах механики, термодинамики и молекулярно-кинетической теории. Такие явления основываются на влиянии сил, действующих между телами на расстоянии и независимых от масс взаимодействующих тел, что сразу отрицает их возможную гравитационную природу. Данные силы называются электромагнитными .
Еще древние греки имели некоторое представление об электромагнитных силах. Однако только в конце XVIII века началось систематическое, количественное изучение физических явлений, связанных с электромагнитным взаимодействием тел.
Определение 2
Благодаря кропотливому труду большого количества ученых в XIX веке было завершено создание абсолютно новой стройной науки, занимающейся изучением магнитных и электрических явлений. Так один из важнейших разделов физики, получил название электродинамики .
Создаваемые электрическими зарядами и токами электрические и магнитные поля стали ее основными объектами изучения.
Понятие заряда в электродинамике играет ту же роль, что и гравитационная масса в механике Ньютона. Оно входит в фундамент раздела и является для него первичным.
Определение 3
Электрический заряд представляет собой физическую величину, которая характеризует свойство частиц или тел вступать в электромагнитные силовые взаимодействия.
Буквами q или Q в электродинамике обычно обозначают электрический заряд.
В комплексе все известные экспериментально доказанные факты дают нам возможность сделать следующие выводы:
Определение 4
Существует два рода электрических зарядов. Это, условно названные, положительные и отрицательные заряды .
Определение 5
Заряды могут переходить (к примеру, при непосредственном контакте) между телами. Электрический заряд, в отличие от массы тела, не является его неотъемлемой характеристикой. Одно конкретное тело в различных условиях может принимать разное значение заряда.
Определение 6
Одноименные заряды отталкиваются, разноименные – притягиваются. В данном факте проявляется очередное принципиальное различие электромагнитных и гравитационных сил. Гравитационные силы всегда представляют собой силы притяжения.
Закон сохранения электрического заряда является одним из фундаментальных законов природы.
В изолированной системе алгебраическая сумма зарядов всех тел неизменна:
q 1 + q 2 + q 3 + . . . + q n = c o n s t.
Определение 7
Закон сохранения электрического заряда утверждает, что в замкнутой системе тел не могут наблюдаться процессы рождения или исчезновения зарядов только одного знака.
С точки зрения современной науки, носителями зарядов являются элементарные частицы. Любой обычный объект состоит из атомов. В их состав входят несущие положительный заряд протоны, отрицательно заряженные электроны и нейтральные частицы – нейтроны. Протоны и нейтроны являются составной частью атомных ядер, электроны же образуют электронную оболочку атомов. По модулю электрические заряды протона и электрона эквивалентны и равняются значению элементарного заряда e .
В нейтральном атоме количество электронов в оболочке и протонов в ядре одинаково. Число любых из списка приведенных частиц называется атомным номером.
Подобный атом имеет возможность как потерять, так и приобрести один или несколько электронов. Когда такое происходит, нейтральный атом становится положительно или отрицательно заряженным ионом.
Заряд может переходить от одного тела к другому лишь порциями, в которых содержится целое число элементарных зарядов. Выходит, что электрический заряд тела является дискретной величиной:
q = ± n e (n = 0 , 1 , 2 , . . .).
Определение 8
Физические величины, имеющие возможность принимать исключительно дискретный ряд значений, называются квантованными .
Определение 9
Элементарный заряд e представляет собой квант, то есть наименьшую возможную порцию электрического заряда.
Определение 10
Несколько выбивается из всего вышесказанного факт существования в современной физике элементарных частиц так называемых кварков – частиц с дробным зарядом ± 1 3 e и ± 2 3 e .
Однако наблюдать кварки в свободном состоянии ученым так и не довелось.
Определение 11
Для обнаружения и измерения электрических зарядов в лабораторных условиях обычно используют электрометр – прибор, состоящий из металлического стержня и стрелки, которая может вращаться вокруг горизонтальной оси (рис. 1 . 1 . 1).
Стержень со стрелкой изолирован от металлического корпуса. Соприкасаясь со стержнем электрометра, заряженное тело провоцирует распределение по стержню и стрелке электрических зарядов одного знака. Воздействие сил электрического отталкивания становится причиной отклонения стрелки на некоторый угол, по которому можно определить заряд, переданный стержню электрометра.
Рисунок 1 . 1 . 1 . Перенос заряда с заряженного тела на электрометр.
Электрометр – достаточно грубый прибор. Его чувствительность не позволяет исследовать силы взаимодействия зарядов. В 1785 году был впервые открыт закон взаимодействия неподвижных зарядов. Первооткрывателем стал французский физик Ш. Кулон. В своих опытах он измерял силы притяжения и отталкивания заряженных шариков с помощью сконструированного им прибора для измерения электрического заряда – крутильных весов (рис. 1 . 1 . 2), обладающих крайне высокой чувствительностью. Коромысло весов поворачивалось на 1 ° под действием силы приблизительной 10 – 9 Н.
Идея измерений основывалась на догадке физика о том, что при контакте заряженного шарика с таким же незаряженным, имеющийся заряд первого разделится на равные части между телами. Так был получен способ изменять заряд шарика в два или более раз.
Определение 12
Кулон в своих опытах измерял взаимодействие между шариками, размеры которых значительно уступали разделяющему их расстоянию, из-за чего ими можно было пренебречь. Подобные заряженные тела принято называть точечными зарядами .
Рисунок 1 . 1 . 2 . Прибор Кулона.
Рисунок 1 . 1 . 3 . Силы взаимодействия одноименных и разноименных зарядов.
Основываясь на множестве опытов, Кулон установил следующий закон:
Определение 13
Силы взаимодействия неподвижных зарядов прямо пропорциональны произведению модулей зарядов и обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними: F = k q 1 · q 2 r 2 .
Силы взаимодействия являются силами отталкивания при одинаковых знаках зарядов и силами притяжения при разных знаках (рис. 1 . 1 . 3), а также подчиняются третьему закону Ньютона:
F 1 → = - F 2 → .
Определение 14
Кулоновским или же электростатическим взаимодействием называют воздействие друг на друга неподвижных электрических зарядов.
Определение 15
Раздел электродинамики, посвященный изучению кулоновского взаимодействия, называется электростатикой .
Закон Кулона может быть применим по отношению к точечным заряженным телам. На практике, он в полной мере выполняется в том случае, если размерами заряженных тел можно пренебречь из-за значительно превышающего их расстояния между объектами взаимодействия.
Коэффициент пропорциональности k в законе Кулона зависим от выбора системы единиц.
В Международной системе С И единицу измерения электрического заряда представляет кулон (К л) .
Определение 16
Кулон – это заряд, проходящий за 1 с через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А. Единица силы тока (ампер) в С И является наряду с единицами длины, времени и массы основной единицей измерения.
Коэффициент k в системе С И в большинстве случаев записывается в виде следующего выражения:
k = 1 4 π ε 0 .
В котором ε 0 = 8 , 85 · 10 - 12 К л 2 Н · м 2 является электрической постоянной.
В системе С И элементарный заряд e равняется:
e = 1 , 602177 · 10 - 19 К л ≈ 1 , 6 · 10 - 19 К л.
Опираясь на опыт, можно сказать, что силы кулоновского взаимодействия подчиняются принципу суперпозиции.
Теорема 1
Если заряженное тело взаимодействует одновременно с несколькими заряженными телами, то результирующая сила, действующая на данное тело, равна векторной сумме сил, действующих на это тело со стороны всех других заряженных тел.
На рисунке 1 . 1 . 4 на примере электростатического взаимодействия трёх заряженных тел поясняется принцип суперпозиции.
Рисунок 1 . 1 . 4 . Принцип суперпозиции электростатических сил F → = F 21 → + F 31 → ; F 2 → = F 12 → + F 32 → ; F 3 → = F 13 → + F 23 → .
Рисунок 1 . 1 . 5 . Модель взаимодействия точечных зарядов.
Несмотря на то, что принцип суперпозиции является фундаментальным законом природы, его использование требует некоторой осторожности, когда он применяется по отношению к взаимодействию заряженных тел конечных размеров. Примером таковых могут послужить два проводящих заряженных шара 1 и 2 . Если к подобной системе, состоящей из двух обладающих зарядом шаров поднести еще один заряженный шар, то взаимодействие между 1 и 2 претерпит изменения по причине перераспределения зарядов.
Принцип суперпозиции предполагает, что силы электростатического взаимодействия между двумя любыми телами не зависят от наличия других обладающих зарядом тел, при условии, что распределение зарядов фиксировано (задано).
Если вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста, выделите её и нажмите Ctrl+Enter