Positiva och negativa laddningar. Vad är en avgift? Typer av laddningar och deras interaktioner Vad bestämmer en elektrisk laddning

Abstrakt om elektroteknik

Kompletterad av: Agafonov Roman

Luga Agro-Industrial College

Det är omöjligt att ge en kort definition av avgift som är tillfredsställande i alla avseenden. Vi är vana vid att hitta begripliga förklaringar till mycket komplexa formationer och processer som atomen, flytande kristaller, molekylernas fördelning efter hastighet, etc. Men de mest grundläggande, grundläggande begreppen, odelbara i enklare, utan, enligt vetenskapen idag, från någon inre mekanism, kan inte längre kortfattat förklaras på ett tillfredsställande sätt. Särskilt om föremål inte direkt uppfattas av våra sinnen. Det är till sådana grundläggande begrepp som elektrisk laddning.

Låt oss först försöka ta reda på inte vad en elektrisk laddning är, utan vad som döljer sig bakom påståendet given kropp eller partikel har en elektrisk laddning.

Du vet att alla kroppar är byggda av små partiklar, odelbara till enklare (så vitt vetenskapen nu vet) partiklar, som därför kallas elementära. Alla elementarpartiklar har massa och på grund av detta attraheras de till varandra. Enligt lagen universell gravitation attraktionskraften minskar relativt långsamt när avståndet mellan dem ökar: omvänt proportionell mot kvadraten på avståndet. Dessutom har de flesta elementarpartiklar, även om inte alla, förmågan att interagera med varandra med en kraft som också minskar i omvänd proportion till kvadraten på avståndet, men denna kraft är ett stort antal gånger större än tyngdkraften . Således, i väteatomen, som schematiskt visas i figur 1, attraheras elektronen till kärnan (protonen) med en kraft som är 1039 gånger större än gravitationskraften.

Om partiklar interagerar med varandra med krafter som långsamt minskar med ökande avstånd och är många gånger större än tyngdkrafterna, så sägs dessa partiklar ha en elektrisk laddning. Själva partiklarna kallas laddade. Det finns partiklar utan en elektrisk laddning, men det finns ingen elektrisk laddning utan en partikel.

Interaktioner mellan laddade partiklar kallas elektromagnetiska. När vi säger att elektroner och protoner är elektriskt laddade betyder det att de är kapabla till interaktioner av en viss typ (elektromagnetisk), och inget mer. Bristen på laddning på partiklarna gör att den inte upptäcker sådana interaktioner. Elektrisk laddning bestämmer intensiteten av elektromagnetiska interaktioner, precis som massan bestämmer intensiteten av gravitationsinteraktioner. Elektrisk laddning är den näst (efter massan) viktigaste egenskapen hos elementarpartiklar, som bestämmer deras beteende i omvärlden.

Således

Elektrisk laddning är en fysisk skalär kvantitet som kännetecknar egenskapen hos partiklar eller kroppar att ingå i elektromagnetiska kraftinteraktioner.

Elektrisk laddning symboliseras med bokstäverna q eller Q.

Precis som inom mekanik används ofta konceptet med en materialpunkt, vilket gör det möjligt att avsevärt förenkla lösningen av många problem, när man studerar laddningens interaktion är idén om en punktladdning effektiv. En punktladdning är en laddad kropp vars dimensioner är betydligt mindre än avståndet från denna kropp till observationspunkten och andra laddade kroppar. I synnerhet, om de talar om interaktionen mellan två punktladdningar, antar de därmed att avståndet mellan de två laddade kropparna i fråga är betydligt större än deras linjära dimensioner.

Den elektriska laddningen av en elementarpartikel är inte en speciell "mekanism" i partikeln som kan avlägsnas från den, sönderdelas i dess beståndsdelar och sättas ihop igen. Närvaron av en elektrisk laddning på en elektron och andra partiklar betyder bara förekomsten av vissa interaktioner mellan dem.

I naturen finns det partiklar med laddningar av motsatta tecken. Laddningen av en proton kallas positiv, och laddningen av en elektron kallas negativ. Det positiva tecknet på en laddning på en partikel betyder naturligtvis inte att den har några speciella fördelar. Införandet av laddningar av två tecken uttrycker helt enkelt det faktum att laddade partiklar kan både attrahera och stöta bort. Om laddningstecknen är desamma stöter partiklarna bort, och om laddningstecknen är olika attraherar de.

Det finns för närvarande ingen förklaring till orsakerna till att det finns två typer av elektriska laddningar. Det finns i alla fall inga fundamentala skillnader mellan positiva och negativa laddningar. Om tecknen på partiklarnas elektriska laddningar ändrades till motsatsen, skulle naturen av elektromagnetiska interaktioner i naturen inte förändras.

Positiva och negativa laddningar är mycket välbalanserade i universum. Och om universum är ändligt, är dess totala elektriska laddning, med all sannolikhet, lika med noll.

Det mest anmärkningsvärda är att den elektriska laddningen av alla elementarpartiklar är strikt densamma i storlek. Det finns en minimiladdning, kallad elementär, som alla laddade elementarpartiklar har. Laddningen kan vara positiv, som en proton, eller negativ, som en elektron, men laddningsmodulen är densamma i alla fall.

Det är omöjligt att separera en del av laddningen, till exempel från en elektron. Detta är kanske det mest överraskande. Ingen modern teori kan förklara varför laddningarna för alla partiklar är lika, och kan inte beräkna värdet av den minsta elektriska laddningen. Det bestäms experimentellt med hjälp av olika experiment.

På 1960-talet, efter att antalet nyupptäckta elementarpartiklar började växa oroväckande, antogs en hypotes att alla starkt interagerande partiklar är komposit. Mer fundamentala partiklar kallades kvarkar. Det som var slående var att kvarkar skulle ha en bråkdel av elektrisk laddning: 1/3 och 2/3 av den elementära laddningen. För att bygga protoner och neutroner räcker det med två typer av kvarkar. Och deras maximala antal överstiger tydligen inte sex.

Det är omöjligt att skapa en makroskopisk standard för en enhet av elektrisk laddning, liknande standarden för längd - en meter, på grund av det oundvikliga läckaget av laddning. Det skulle vara naturligt att ta laddningen av en elektron som en (detta görs nu inom atomfysiken). Men vid tiden för Coulomb var förekomsten av elektroner i naturen ännu inte känd. Dessutom är elektronens laddning för liten och därför svår att använda som standard.

Det finns två typer av elektriska laddningar, konventionellt kallade positiva och negativa. Positivt laddade kroppar är de som verkar på andra laddade kroppar på samma sätt som glas elektrifierat genom friktion med silke. Kroppar som fungerar på samma sätt som ebonit elektrifierad genom friktion med ull kallas negativt laddade. Valet av namnet "positiv" för laddningar som uppstår på glas, och "negativa" för laddningar på ebonit, är helt slumpmässigt.

Avgifter kan överföras (till exempel genom direktkontakt) från en kropp till en annan. Till skillnad från kroppsmassa är elektrisk laddning inte en integrerad egenskap hos en given kropp. Samma kropp under olika förhållanden kan ha olika laddning.

Liknande laddningar stöter bort, till skillnad från laddningar attraherar. Detta avslöjar också den grundläggande skillnaden mellan elektromagnetiska krafter och gravitationskrafter. Gravitationskrafter är alltid lockande krafter.

En viktig egenskap hos en elektrisk laddning är dess diskrethet. Detta betyder att det finns någon minsta, universell, ytterligare odelbar elementär laddning, så att laddningen q för någon kropp är en multipel av denna elementära laddning:

där N är ett heltal, e är värdet på den elementära laddningen. Enligt moderna begrepp är denna laddning numeriskt lika med elektronladdningen e = 1,6∙10-19 C. Eftersom värdet av den elementära laddningen är mycket litet, för de flesta av de laddade kropparna som observeras och används i praktiken, är antalet N mycket stort, och laddningsförändringens diskreta karaktär visas inte. Därför tror man att under normala förhållanden förändras kropparnas elektriska laddning nästan kontinuerligt.

Lagen om bevarande av elektrisk laddning.

Inuti ett slutet system, för alla interaktioner, förblir den algebraiska summan av elektriska laddningar konstant:

Vi kommer att kalla ett isolerat (eller slutet) system ett system av kroppar i vilka elektriska laddningar inte införs från utsidan och inte tas bort från det.

Ingenstans och aldrig i naturen uppträder eller försvinner en elektrisk laddning av samma tecken. Uppkomsten av en positiv elektrisk laddning åtföljs alltid av uppkomsten av en lika negativ laddning. Varken positiv eller negativ laddning kan försvinna separat, de kan endast ömsesidigt neutralisera varandra om de är lika i modul.

Det är så elementarpartiklar kan omvandlas till varandra. Men alltid under födelsen av laddade partiklar observeras utseendet av ett par partiklar med laddningar av motsatt tecken. Den samtidiga födelsen av flera sådana par kan också observeras. Laddade partiklar försvinner och förvandlas till neutrala, också bara i par. Alla dessa fakta lämnar inga tvivel om det strikta genomförandet av lagen om bevarande av elektrisk laddning.

Orsaken till bevarandet av elektrisk laddning är fortfarande okänd.

Elektrifiering av kroppen

Makroskopiska kroppar är som regel elektriskt neutrala. En atom av något ämne är neutral eftersom antalet elektroner i den är lika med antalet protoner i kärnan. Positivt och negativt laddade partiklar är förbundna med varandra genom elektriska krafter och bildar neutrala system.

En stor kropp laddas när den innehåller ett överskott av elementarpartiklar med samma laddningstecken. Den negativa laddningen av en kropp beror på ett överskott av elektroner jämfört med protoner, och den positiva laddningen beror på deras brist.

För att få en elektriskt laddad makroskopisk kropp, eller, som de säger, för att elektrifiera den, är det nödvändigt att separera en del av den negativa laddningen från den positiva laddningen som är associerad med den.

Det enklaste sättet att göra detta är med friktion. Om du kör en kam genom håret kommer en liten del av de mest rörliga laddade partiklarna – elektroner – att flytta från håret till kammen och ladda det negativt, och håret blir positivt laddat. När de elektrifieras av friktion, förvärvar båda kropparna laddningar av motsatt tecken, men lika stora.

Det är mycket enkelt att elektrifiera karosser med friktion. Men att förklara hur detta händer visade sig vara en mycket svår uppgift.

1 version. Vid elektrifiering av karosser är nära kontakt mellan dem viktig. Elektriska krafter håller elektroner inne i kroppen. Men för olika ämnen är dessa krafter olika. Vid nära kontakt passerar en liten del av ämnets elektroner, där elektronernas förbindelse med kroppen är relativt svag, till en annan kropp. Elektronrörelserna överstiger inte de interatomära avstånden (10-8 cm). Men om kropparna skiljs åt, kommer båda att åtalas. Eftersom ytorna på kroppar aldrig är helt släta, etableras den nära kontakten mellan kroppar som krävs för övergång endast på små ytor. När kroppar gnuggar mot varandra ökar antalet områden med nära kontakt, och därmed ökar det totala antalet laddade partiklar som passerar från en kropp till en annan. Men det är inte klart hur elektroner kan röra sig i sådana icke-ledande ämnen (isolatorer) som ebonit, plexiglas och andra. De är bundna i neutrala molekyler.

Version 2. Med exemplet med en jonisk LiF-kristall (isolator) ser den här förklaringen ut så här. Under bildandet av en kristall uppstår olika typer av defekter, särskilt vakanser - ofyllda utrymmen vid noderna i kristallgittret. Om antalet lediga platser för positiva litiumjoner och negativa fluorjoner inte är detsamma, kommer kristallen att laddas i volym vid bildning. Men laddningen som helhet kan inte hållas kvar av kristallen länge. Det finns alltid en viss mängd joner i luften, och kristallen kommer att dra ut dem ur luften tills laddningen av kristallen neutraliseras av ett lager av joner på dess yta. Olika isolatorer har olika rymdladdningar, och därför är laddningarna för ytskikten av joner olika. Under friktion blandas ytskikten av joner och när isolatorerna separeras laddas var och en av dem.

Kan två identiska isolatorer, till exempel samma LiF-kristaller, elektrifieras genom friktion? Om de har samma egna utrymmesavgifter, så nej. Men de kan också ha olika egna laddningar om kristallisationsförhållandena var olika och ett annat antal vakanser uppstod. Som erfarenheten har visat kan elektrifiering under friktion av identiska kristaller av rubin, bärnsten, etc. faktiskt inträffa. Det är dock osannolikt att ovanstående förklaring är korrekt i alla fall. Om kroppar till exempel består av molekylära kristaller, bör uppkomsten av vakanser i dem inte leda till laddning av kroppen.

Ett annat sätt att elektrifiera kroppar är att utsätta dem för olika strålningar (särskilt ultraviolett, röntgen och γ-strålning). Denna metod är mest effektiv för att elektrifiera metaller, när, under påverkan av strålning, elektroner slås ut från metallens yta och ledaren får en positiv laddning.

Elektrifiering genom påverkan. Ledaren laddas inte bara vid kontakt med en laddad kropp, utan även när den befinner sig på något avstånd. Låt oss utforska detta fenomen mer i detalj. Låt oss hänga lätta pappersark på en isolerad ledare (Fig. 3). Om ledaren inte laddas till en början, kommer bladen att vara i det icke avböjda läget. Låt oss nu föra en isolerad metallkula, starkt laddad, till ledaren, till exempel med hjälp av en glasstav. Vi kommer att se att arken som är upphängda i ändarna av kroppen, vid punkterna a och b, avböjs, även om den laddade kroppen inte vidrör ledaren. Ledaren laddades genom påverkan, varför själva fenomenet kallades "elektrifiering genom påverkan" eller "elektrisk induktion". Laddningar som erhålls genom elektrisk induktion kallas inducerade eller inducerade. Bladen upphängda i mitten av kroppen, vid punkterna a’ och b’, avviker inte. Detta innebär att inducerade laddningar uppstår endast i ändarna av kroppen, och dess mitt förblir neutralt, eller oladdat. Genom att föra en elektrifierad glasstav till skivorna som är upphängda vid punkterna a och b, är det lätt att verifiera att skivorna vid punkt b stöter bort från den och att skivorna vid punkt a attraheras. Detta innebär att i den avlägsna änden av ledaren uppstår en laddning av samma tecken som på kulan, och på närliggande delar uppstår laddningar av ett annat tecken. Genom att ta bort den laddade bollen ser vi att löven kommer att gå ner. Fenomenet fortskrider på ett helt liknande sätt om vi upprepar experimentet genom att ladda kulan negativt (till exempel med tätningsvax).

Ur elektronisk teoris synvinkel förklaras dessa fenomen lätt av förekomsten av fria elektroner i en ledare. När en positiv laddning appliceras på en ledare, attraheras elektroner till den och ackumuleras i den närmaste änden av ledaren. Ett visst antal "överskott" elektroner visas på den, och denna del av ledaren blir negativt laddad. Längst bort finns det en brist på elektroner och därför ett överskott av positiva joner: en positiv laddning uppträder här.

När en negativt laddad kropp förs nära en ledare ackumuleras elektroner längst bort och ett överskott av positiva joner produceras i näränden. Efter att ha tagit bort laddningen som orsakar elektronernas rörelse fördelas de återigen genom ledaren, så att alla delar av den fortfarande är oladdade.

Rörelsen av laddningar längs ledaren och deras ackumulering vid dess ändar kommer att fortsätta tills påverkan av överskottsladdningar som bildas vid ledarens ändar balanserar de elektriska krafterna som utgår från bollen, under vilken omfördelning av elektroner sker. Frånvaron av laddning i mitten av kroppen visar att krafterna som utgår från bollen och krafterna med vilka de överskottsladdningar som ackumuleras i ledarens ändar verkar på fria elektroner balanseras här.

Inducerade laddningar kan separeras om, i närvaro av en laddad kropp, ledaren är uppdelad i delar. En sådan upplevelse är avbildad i fig. 4. I detta fall kan de förskjutna elektronerna inte längre återvända efter att ha tagit bort den laddade kulan; eftersom det finns en dielektrikum (luft) mellan båda delarna av ledaren. Överskott av elektroner är fördelade på vänster sida; bristen på elektroner i punkt b fylls delvis på från området för punkt b', så att varje del av ledaren visar sig vara laddad: vänster - med en laddning motsatt i tecken till kulans laddning, höger - med en laddning med samma namn som laddningen av bollen. Inte bara bladen vid punkterna a och b divergerar, utan även de tidigare stationära bladen vid punkterna a’ och b’.

Burov L.I., Strelchenya V.M. Fysik från A till Ö: för studenter, sökande, handledare. – Mn.: Paradox, 2000. – 560 sid.

Myakishev G.Ya. Fysik: Elektrodynamik. 10-11 årskurser: lärobok. För djupgående studier av fysik / G.Ya. Myakishev, A.Z. Sinyakov, B.A. Slobodskov. – M.Zh Bustard, 2005. – 476 sid.

Fysik: Lärobok. bidrag för 10:e klass. skola och avancerade klasser studerat fysiker/ O. F. Kabardin, V. A. Orlov, E. E. Evenchik och andra; Ed. A. A. Pinsky. – 2:a uppl. – M.: Utbildning, 1995. – 415 sid.

Lärobok i elementär fysik: Studiehandledning. I 3 band / Ed. G.S. Landsberg: T. 2. Elektricitet och magnetism. – M: FIZMATLIT, 2003. – 480 sid.

Om du gnuggar en glasstav på ett pappersark kommer staven att få förmågan att locka till sig plymblad, ludd och tunna vattenströmmar. När du kammar torrt hår med en plastkam attraheras håret av kammen. I dessa enkla exempel möter vi manifestationen av krafter som kallas elektriska.

Kroppar eller partiklar som verkar på omgivande föremål med elektriska krafter kallas laddade eller elektrifierade. Till exempel blir glasstaven som nämnts ovan, efter att ha gnuggats på ett papper, elektrifierad.

Partiklar har en elektrisk laddning om de interagerar med varandra genom elektriska krafter. Elektriska krafter minskar med ökande avstånd mellan partiklar. Elektriska krafter är många gånger större än krafterna för universell gravitation.

Elektrisk laddning är en fysisk storhet som bestämmer intensiteten av elektromagnetiska interaktioner.

Elektromagnetiska interaktioner är interaktioner mellan laddade partiklar eller kroppar.

Elektriska laddningar delas in i positiva och negativa. Stabila elementarpartiklar - protoner och positroner, såväl som joner av metallatomer, etc., har en positiv laddning. Stabila negativa laddningsbärare är elektronen och antiprotonen.

Det finns elektriskt oladdade partiklar, det vill säga neutrala: neutron, neutrino. Dessa partiklar deltar inte i elektriska interaktioner, eftersom deras elektriska laddning är noll. Det finns partiklar utan elektrisk laddning, men en elektrisk laddning existerar inte utan en partikel.

Positiva laddningar visas på glas som gnuggats med siden. Ebonit som gnids på päls har negativa laddningar. Partiklar stöter bort med laddningar av samma tecken (som laddningar), och med olika tecken (motsatta laddningar) attraherar partiklar.

Alla kroppar är gjorda av atomer. Atomer består av en positivt laddad atomkärna och negativt laddade elektroner som rör sig runt atomkärnan. Atomkärnan består av positivt laddade protoner och neutrala partiklar - neutroner. Laddningarna i en atom är fördelade på ett sådant sätt att atomen som helhet är neutral, det vill säga summan av de positiva och negativa laddningarna i atomen är noll.

Elektroner och protoner är en del av vilket ämne som helst och är de minsta stabila elementarpartiklarna. Dessa partiklar kan existera i ett fritt tillstånd under en obegränsad tid. Den elektriska laddningen av en elektron och en proton kallas elementär laddning.

Elementarladdning är den minsta laddning som alla laddade elementarpartiklar har. Den elektriska laddningen av en proton är lika i absolut värde som laddningen av en elektron:

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

Storleken på varje laddning är en multipel i absolut värde av den elementära laddningen, det vill säga laddningen av elektronen. Elektron översatt från grekiska elektron - bärnsten, proton - från grekiska protos - först neutron från latinsk neutrum - varken det ena eller det andra.

Enkla experiment om elektrifiering av olika kroppar illustrerar följande punkter.

1. Det finns två typer av laddningar: positiva (+) och negativa (-). En positiv laddning uppstår när glas gnider mot läder eller siden, och en negativ laddning uppstår när bärnsten (eller ebonit) skaver mot ull.

2. Avgifter (eller laddade kroppar) interagerar med varandra. Samma avgifter trycka undan, och till skillnad från avgifterär attraherade.

3. Tillståndet för elektrifiering kan överföras från en kropp till en annan, vilket är förknippat med överföring av elektrisk laddning. I detta fall kan en större eller mindre laddning överföras till kroppen, dvs laddningen har en storlek. När de elektrifieras av friktion får båda kropparna en laddning, den ena är positiv och den andra negativ. Det bör betonas att de absoluta värdena för laddningarna av kroppar som elektrifierats genom friktion är lika, vilket bekräftas av många mätningar av laddningar med elektrometrar.

Det blev möjligt att förklara varför kroppar blir elektrifierade (d.v.s. laddade) under friktion efter upptäckten av elektronen och studiet av atomens struktur. Som ni vet består alla ämnen av atomer; atomer består i sin tur av elementarpartiklar - negativt laddade elektroner, positivt laddad protoner och neutrala partiklar - neutroner. Elektroner och protoner är bärare av elementära (minimala) elektriska laddningar.

Elementär elektrisk laddning ( e) - detta är den minsta elektriska laddningen, positiv eller negativ, lika med värdet på elektronladdningen:

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

Det finns många laddade elementarpartiklar, och nästan alla har en laddning +e eller -e dessa partiklar är dock mycket kortlivade. De lever mindre än en miljondels sekund. Endast elektroner och protoner existerar i ett fritt tillstånd på obestämd tid.

Protoner och neutroner (nukleoner) utgör den positivt laddade kärnan i en atom, kring vilken negativt laddade elektroner kretsar, vars antal är lika med antalet protoner, så att atomen som helhet är ett kraftpaket.

Under normala förhållanden är kroppar som består av atomer (eller molekyler) elektriskt neutrala. Men under friktionsprocessen kan några av de elektroner som har lämnat sina atomer flytta från en kropp till en annan. Elektronrörelserna överstiger inte de interatomära avstånden. Men om kropparna separeras efter friktion kommer de att visa sig vara laddade; den kropp som gav upp några av sina elektroner kommer att laddas positivt, och den kropp som förvärvade dem kommer att vara negativt laddad.

Så kroppar blir elektrifierade, det vill säga de får en elektrisk laddning när de förlorar eller får elektroner. I vissa fall orsakas elektrifiering av jonernas rörelse. I det här fallet uppstår inga nya elektriska laddningar. Det finns bara en uppdelning av de befintliga laddningarna mellan de elektrifierande kropparna: en del av de negativa laddningarna går från en kropp till en annan.

Bestämning av avgift.

Det bör särskilt betonas att laddning är en integrerad egenskap hos partikeln. Det är möjligt att föreställa sig en partikel utan laddning, men det är omöjligt att föreställa sig en laddning utan en partikel.

Laddade partiklar visar sig i attraktion (motsatta laddningar) eller repulsion (som laddningar) med krafter som är många storleksordningar större än gravitationskrafter. Således är kraften för elektrisk attraktion av en elektron till kärnan i en väteatom 10 39 gånger större än gravitationskraften för dessa partiklar. Interaktionen mellan laddade partiklar kallas elektromagnetisk interaktion, och den elektriska laddningen bestämmer intensiteten av elektromagnetiska interaktioner.

I modern fysik definieras laddning enligt följande:

Elektrisk laddning- detta är en fysisk storhet som är en källa till elektriskt fält, genom vilken interaktionen mellan partiklar och en laddning sker.

Elektrisk laddning– en fysisk storhet som kännetecknar kroppars förmåga att ingå i elektromagnetiska interaktioner. Mätt i Coulombs.

Elementär elektrisk laddning– den minsta laddning som elementarpartiklar har (proton- och elektronladdning).

Kroppen har en laddning, betyder att den har extra eller saknade elektroner. Denna avgift är betecknad q=ne. (det är lika med antalet elementära laddningar).

Elektrifiera kroppen– skapa överskott och brist på elektroner. Metoder: elektrifiering genom friktion Och elektrifiering genom kontakt.

Punkt gryning d är kroppens laddning, som kan tas som en materiell punkt.

Testladdning() – punkt, liten laddning, alltid positiv – används för forskning elektriskt fält.

Lagen om bevarande av laddning:i ett isolerat system förblir den algebraiska summan av laddningarna för alla kroppar konstant för alla interaktioner mellan dessa kroppar med varandra.

Coulombs lag:krafterna för växelverkan mellan två punktladdningar är proportionella mot produkten av dessa laddningar, omvänt proportionella mot kvadraten på avståndet mellan dem, beror på mediets egenskaper och är riktade längs den räta linjen som förbinder deras centrum.

, Var

F/m, Cl2/nm2 – dielektrisk. snabb. Vakuum

- relaterar. dielektrisk konstant (>1)

- absolut dielektrisk permeabilitet. miljö

Elektriskt fält– ett materialmedium genom vilket växelverkan mellan elektriska laddningar sker.

Egenskaper för elektriska fält:

Elektriska fältegenskaper:

Spänning(E) är en vektorkvantitet lika med kraften som verkar på en enhetstestladdning placerad vid en given punkt.

Mätt i N/C.

Riktning– samma som den verkande styrkans.

Spänningen beror inte på varken på styrkan eller storleken på testladdningen.

Superposition av elektriska fält: fältstyrkan som skapas av flera laddningar är lika med vektorsumman av fältstyrkorna för varje laddning:

Grafiskt Det elektroniska fältet representeras med hjälp av spänningslinjer.

Spännlinje– en linje vars tangent i varje punkt sammanfaller med spänningsvektorns riktning.

Egenskaper för spänningslinjer: de skär sig inte, endast en linje kan dras genom varje punkt; de är inte stängda, de lämnar en positiv laddning och går in i en negativ, eller försvinner i oändligheten.

Typer av fält:

Enhetligt elektriskt fält– ett fält vars intensitetsvektor vid varje punkt är densamma i storlek och riktning.

Ojämnt elektriskt fält– ett fält vars intensitetsvektor vid varje punkt är olik i storlek och riktning.

Konstant elektriskt fält– spänningsvektorn ändras inte.

Variabelt elektriskt fält– spänningsvektorn ändras.

Arbete utfört av ett elektriskt fält för att flytta en laddning.

, där F är kraft, S är förskjutning, - vinkel mellan F och S.

För ett enhetligt fält: kraften är konstant.

Arbetet är inte beroende av banans form; arbetet som gjorts för att förflytta sig längs en stängd väg är noll.

För ett oenhetligt fält:

Elektriskt fältpotential– förhållandet mellan det arbete som fältet utför genom att flytta en elektrisk testladdning till oändligheten och storleken på denna laddning.

-potential– fältets energikaraktär. Mätt i volt

Möjlig skillnad:

, Den där

, Betyder

-potentiell gradient.

För ett enhetligt fält: potentialskillnad – Spänning:

. Det mäts i volt, enheterna är voltmetrar.

Elektrisk kapacitet– kroppars förmåga att ackumulera elektrisk laddning; förhållandet mellan laddning och potential, som alltid är konstant för en given ledare.

Beror inte på laddning och är inte beroende av potential. Men det beror på storleken och formen på ledaren; på mediets dielektriska egenskaper.

, där r är storleken,

- permeabilitet av miljön runt kroppen.

Den elektriska kapaciteten ökar om några kroppar - ledare eller dielektrikum - finns i närheten.

Kondensator– enhet för ackumulering av laddning. Elektrisk kapacitet:

Platt kondensator– två metallplattor med en dielektrikum mellan sig. Elektrisk kapacitet hos en platt kondensator:

, där S är plattornas area, d är avståndet mellan plattorna.

Energi hos en laddad kondensator lika med det arbete som utförs av det elektriska fältet vid överföring av laddning från en platta till en annan.

Överföring av små avgifter

, kommer spänningen att ändras till

, arbetet är gjort

. Därför att

, och C =const,

. Sedan

. Låt oss integrera:

Elektrisk fältenergi:

där V=Sl är volymen som upptas av det elektriska fältet

För ett ojämnt fält:

Volumetrisk elektrisk fälttäthet:

. Mätt i J/m 3.

Elektrisk dipol– ett system som består av två lika, men motsatta i tecken, punktelektriska laddningar belägna på något avstånd från varandra (dipolarm -l).

Den huvudsakliga egenskapen hos en dipol är dipolmoment– en vektor lika med produkten av laddningen och dipolarmen, riktad från den negativa laddningen till den positiva. Utsedda

. Mätt i Coulomb meter.

Dipol i ett enhetligt elektriskt fält.

Följande krafter verkar på varje laddning av dipolen:

Och

. Dessa krafter är motsatt riktade och skapar ett moment av ett kraftpar - ett vridmoment:, där

M – vridmoment F – krafter som verkar på dipolen

d – tröskelarm – dipolarm

p – dipolmoment E – spänning

- vinkel mellan p Ekv – laddning

Under påverkan av ett vridmoment kommer dipolen att rotera och rikta in sig i spänningslinjernas riktning. Vektorerna p och E kommer att vara parallella och enkelriktade.

Dipol i ett ojämnt elektriskt fält.

Det finns ett vridmoment, vilket betyder att dipolen kommer att rotera. Men krafterna kommer att vara ojämlika, och dipolen kommer att flytta till där kraften är större.

-spänningsgradient. Ju högre spänningsgradient, desto högre sidokraft som drar dipolen. Dipolen är orienterad längs kraftlinjerna.

Dipols inre fält.

Men. Sedan:

Låt dipolen vara vid punkt O och dess arm liten. Sedan:

Formeln erhölls med hänsyn till:

Således beror potentialskillnaden på sinus för den halva vinkeln vid vilken dipolpunkterna är synliga, och projektionen av dipolmomentet på den räta linjen som förbinder dessa punkter.

Dielektrikum i ett elektriskt fält.

Dielektrisk- ett ämne som inte har fria laddningar, och därför inte leder elektrisk ström. Men i själva verket finns konduktivitet, men den är försumbar.

Dielektriska klasser:

med polära molekyler (vatten, nitrobensen): molekylerna är inte symmetriska, masscentra för positiva och negativa laddningar sammanfaller inte, vilket innebär att de har ett dipolmoment även i det fall det inte finns något elektriskt fält.

med opolära molekyler (väte, syre): molekylerna är symmetriska, masscentra för positiva och negativa laddningar sammanfaller, vilket innebär att de inte har ett dipolmoment i frånvaro av ett elektriskt fält.

kristallin (natriumklorid): en kombination av två subgitter, varav det ena är positivt laddat och det andra negativt laddat; i frånvaro av ett elektriskt fält är det totala dipolmomentet noll.

Polarisering– processen för rumslig separation av laddningar, uppkomsten av bundna laddningar på ytan av dielektrikumet, vilket leder till en försvagning av fältet inuti dielektrikumet.

Polariseringsmetoder:

Metod 1 – elektrokemisk polarisering:

På elektroderna - rörelse av katjoner och anjoner mot dem, neutralisering av ämnen; områden med positiva och negativa laddningar bildas. Strömmen minskar gradvis. Etableringshastigheten för neutraliseringsmekanismen kännetecknas av relaxationstiden - detta är den tid under vilken polarisations-emk ökar från 0 till ett maximum från det ögonblick som fältet appliceras. = 10 -3 -10 -2 s.

Metod 2 – orienterande polarisering:

Okompenserade polära sådana bildas på ytan av dielektrikumet, dvs. fenomenet polarisering inträffar. Spänningen inuti dielektrikumet är mindre än den externa spänningen. Avslappningstid: = 10 -13 -10 -7 s. Frekvens 10 MHz.

Metod 3 – elektronisk polarisering:

Karakteristiskt för opolära molekyler som blir dipoler. Avslappningstid: = 10 -16 -10 -14 s. Frekvens 10 8 MHz.

Metod 4 – jonpolarisering:

Två gitter (Na och Cl) är förskjutna i förhållande till varandra.

Avslappningstid:

Metod 5 – mikrostrukturell polarisering:

Karakteristiskt för biologiska strukturer när laddade och oladdade skikt alternerar. Det finns en omfördelning av joner på semipermeabla eller jonogenomträngliga skiljeväggar.

Avslappningstid: =10 -8 -10 -3 s. Frekvens 1KHz

Numeriska egenskaper för graden av polarisering:

Elektricitet– detta är den beordrade förflyttningen av gratis avgifter i materia eller i ett vakuum.

Förutsättningar för förekomsten av elektrisk ström:

förekomst av kostnadsfria avgifter

närvaron av ett elektriskt fält, dvs. krafter som agerar på dessa anklagelser

Aktuell styrka– ett värde lika med laddningen som passerar genom ett tvärsnitt av en ledare per tidsenhet (1 sekund)

Mätt i ampere.

n – laddningskoncentration

q – laddningsvärde

S – ledarens tvärsnittsarea

- hastighet för riktningsrörelse av partiklar.

Rörelsehastigheten för laddade partiklar i ett elektriskt fält är liten - 7 * 10 -5 m/s, utbredningshastigheten för det elektriska fältet är 3 * 10 8 m/s.

Strömtäthet– mängden laddning som passerar genom ett tvärsnitt på 1 m2 på 1 sekund.

. Mätt i A/m2.

- kraften som verkar på jonen från det elektriska fältet är lika med friktionskraften

- jonrörlighet

- hastighet för riktningsrörelse av joner = rörlighet, fältstyrka

Ju högre jonkoncentrationen är, deras laddning och rörlighet, desto större är elektrolytens specifika ledningsförmåga. När temperaturen ökar ökar jonernas rörlighet och den elektriska ledningsförmågan ökar.

Baserat på observationer av växelverkan mellan elektriskt laddade kroppar kallade den amerikanske fysikern Benjamin Franklin vissa kroppar positivt laddade och andra negativt laddade. I enlighet med detta och elektriska laddningar kallad positiv Och negativ.

Kroppar med liknande laddningar stöter bort. Kroppar med motsatta laddningar attraherar.

Dessa namn på laddningar är ganska konventionella, och deras enda betydelse är att kroppar med elektriska laddningar kan antingen attrahera eller stöta bort.

Tecknet för en kropps elektriska laddning bestäms av interaktion med den konventionella standarden för laddningstecknet.

Laddningen av en ebonitpinne gnuggad med päls togs som en av dessa standarder. Man tror att en ebonitpinne, efter att ha gnuggats med päls, alltid har en negativ laddning.

Om det är nödvändigt att bestämma vilket tecken på laddningen av en given kropp, förs den till en ebonitpinne, gnids med päls, fixeras i en lätt suspension, och interaktionen observeras. Om pinnen stöts bort har kroppen en negativ laddning.

Efter upptäckten och studien av elementarpartiklar visade det sig att negativ laddning har alltid en elementarpartikel - elektron.

Elektron (från grekiska - bärnsten) - en stabil elementarpartikel med en negativ elektrisk laddninge = 1,6021892(46) . 10 -19 C, vilomassam e =9,1095. 10 -19 kg. Upptäcktes 1897 av den engelske fysikern J. J. Thomson.

Laddningen av en glasstav gnuggad med naturligt silke togs som standard för positiv laddning. Om en pinne stöts bort från en elektrifierad kropp, har denna kropp en positiv laddning.

Positiv laddning alltid har proton, som är en del av atomkärnan. Material från sajten

Genom att använda ovanstående regler för att bestämma tecknet på laddningen av en kropp, måste du komma ihåg att det beror på substansen i de interagerande kropparna. Således kan en ebonitstav ha en positiv laddning om den gnuggas med en trasa gjord av syntetiska material. En glasstav kommer att ha en negativ laddning om den gnuggas med päls. Därför, om du planerar att få en negativ laddning på en ebonitsticka, bör du definitivt använda den när du gnuggar den med päls eller ylletyg. Detsamma gäller elektrifieringen av en glasstav, som gnuggas med en trasa av natursilke för att få en positiv laddning. Endast elektronen och protonen har alltid och entydigt negativa respektive positiva laddningar.

Den här sidan innehåller material per ämne.

Förknippas med en materialbärare; inre egenskap hos en elementarpartikel som bestämmer dess elektromagnetiska interaktioner.

Elektrisk laddning är en fysisk storhet som kännetecknar egenskapen hos kroppar eller partiklar att ingå i elektromagnetiska interaktioner och bestämmer värdena på krafter och energier under sådana interaktioner. Elektrisk laddning är ett av de grundläggande begreppen i studiet av elektricitet. Hela uppsättningen av elektriska fenomen är en manifestation av existensen, rörelsen och interaktionen av elektriska laddningar. Elektrisk laddning är en inneboende egenskap hos vissa elementarpartiklar.

Det finns två typer av elektriska laddningar, konventionellt kallade positiva och negativa. Laddningar av samma tecken stöter bort, laddningar av olika tecken attraherar varandra. Laddningen av en elektrifierad glasstav ansågs konventionellt vara positiv, och den hos en hartsstav (i synnerhet en bärnstensfärgad stav) ansågs vara negativ. I enlighet med detta tillstånd är den elektriska laddningen av en elektron negativ (grekiska "elektron" - bärnsten).

Laddningen av en makroskopisk kropp bestäms av den totala laddningen av de elementära partiklarna som utgör denna kropp. För att ladda en makroskopisk kropp måste du ändra antalet laddade elementära partiklar som den innehåller, det vill säga överföra till eller ta bort ett visst antal laddningar av samma tecken. Under verkliga förhållanden är en sådan process vanligtvis förknippad med elektronernas rörelse. En kropp anses laddad endast om den innehåller ett överskott av laddningar av samma tecken, som utgör laddningen av kroppen, vanligtvis betecknat med bokstaven q eller F Om laddningar placeras på punktkroppar, kan kraften av interaktion mellan dem bestämmas av Coulombs lag. SI-enheten för laddning är coulomb - Cl.

Elektrisk laddning q av någon kropp är diskret, det finns en minimal, elementär elektrisk laddning - e, till vilka alla elektriska laddningar av kroppar är multiplar:

\(q = n e\)

Den minsta laddningen som finns i naturen är laddningen av elementarpartiklar. I SI-enheter är modulen för denna laddning lika med: e= 1, 6,10-19 Cl. Alla elektriska laddningar är ett heltal flera gånger större än de elementära. Alla laddade elementarpartiklar har en elementär elektrisk laddning. I slutet av 1800-talet. elektronen, en bärare av en negativ elektrisk laddning, upptäcktes och i början av 1900-talet upptäcktes en proton, som har samma positiva laddning; Således bevisades det att elektriska laddningar inte existerar på egen hand, utan är förknippade med partiklar och är en intern egenskap hos partiklar (andra elementarpartiklar som bär en positiv eller negativ laddning av samma storlek upptäcktes senare). Laddningen av alla elementarpartiklar (om den inte är noll) är densamma i absoluta värde. Elementära hypotetiska partiklar - kvarkar, vars laddning är 2/3 e eller +1/3 e, har inte observerats, men deras existens antas i teorin om elementarpartiklar.

Invariansen för den elektriska laddningen har fastställts experimentellt: laddningens storlek beror inte på hastigheten med vilken den rör sig (dvs. laddningens storlek är invariant med avseende på tröghetsreferensramar och beror inte på om den rör sig eller vilar).

Elektrisk laddning är additiv, det vill säga laddningen för alla system av kroppar (partiklar) är lika med summan av laddningarna av kroppar (partiklar) som ingår i systemet.

Elektrisk laddning följer bevarandelagen, som fastställdes efter många experiment. I ett elektriskt slutet system bevaras den totala laddningen och förblir konstant under alla fysiska processer som sker i systemet. Denna lag gäller för isolerade elektriska slutna system där laddningar inte införs eller tas bort. Denna lag gäller även för elementarpartiklar, som föds och förintas i par, vars totala laddning är noll.

Jag tror att jag inte är den enda som ville och fortfarande vill kombinera en formel som beskriver gravitationssamverkan mellan kroppar (Tyngdlagen) , med en formel dedikerad till växelverkan mellan elektriska laddningar (Coulombs lag ). Så låt oss göra det!

Det är nödvändigt att sätta ett likhetstecken mellan begreppen vikt Och Positiv laddning , såväl som mellan begrepp antimassa Och negativ laddning .

Positiv laddning (eller massa) kännetecknar Yin-partiklar (med attraktionsfält) – d.v.s. absorberar eter från det omgivande eterfältet.

Och en negativ laddning (eller antimassa) kännetecknar Yang-partiklar (med Repulsion Fields) - d.v.s. emitterar eter i det omgivande eterfältet.

Strängt taget indikerar massa (eller positiv laddning), såväl som antimassa (eller negativ laddning) för oss att en given partikel absorberar (eller avger) eter.

När det gäller elektrodynamikens position att det finns en repulsion av laddningar av samma tecken (både negativa och positiva) och en attraktion av laddningar av olika tecken till varandra, är det inte helt korrekt. Och anledningen till detta är en inte helt korrekt tolkning av experiment på elektromagnetism.

Partiklar med attraktiva fält (positivt laddade) kommer aldrig att stöta bort varandra. De bara lockar. Men partiklar med repulsionsfält (negativt laddade) kommer verkligen alltid att stöta bort varandra (inklusive från magnetens negativa pol).

Partiklar med attraktiva fält (positivt laddade) attraherar alla partiklar till sig själva: både negativt laddade (med repulsionsfält) och positivt laddade (med attraktiva fält). Men om båda partiklarna har ett attraktivt fält, kommer den vars attraktiva fält är större att förskjuta den andra partikeln mot sig själv i större utsträckning än partikeln med ett mindre attraktivt fält.

Materia – antimateria.

I fysik materia kallas kroppar, och också kemiska grundämnen, från vilken dessa kroppar är byggda, och även elementarpartiklar. Generellt sett kan det anses ungefär korrekt att använda begreppet på detta sätt. Trots allt Materia ur en esoterisk synvinkel är dessa kraftcentra, sfärer av elementarpartiklar. Kemiska grundämnen är byggda av elementarpartiklar, och kroppar är byggda av kemiska element. Men i slutändan visar det sig att allt består av elementarpartiklar. Men för att vara exakt, omkring oss ser vi inte materia, utan själar - d.v.s. elementarpartiklar. En elementarpartikel, i motsats till ett kraftcentrum (d.v.s. Själen, i motsats till materien), är utrustad med en egenskap - etern skapas och försvinner i den.

Begrepp ämne kan anses synonymt med begreppet materia som används i fysiken. Substans är i bokstavlig mening vad saker omkring en person är gjorda av, d.v.s. kemiska grundämnen och deras föreningar. Och kemiska element, som redan nämnts, består av elementära partiklar.

För substans och materia i vetenskapen finns det anonyma begrepp - antimateria Och antimateria , som är synonyma med varandra.

Forskare erkänner förekomsten av antimateria. Men vad de tror är antimateria är faktiskt inte antimateria. Antimateria har faktiskt alltid funnits till hands inom vetenskapen och har indirekt upptäckts för länge sedan, sedan experiment på elektromagnetism började. Och vi kan ständigt känna manifestationerna av dess existens i världen omkring oss. Antimateria uppstod i universum tillsammans med materia just i det ögonblick då elementarpartiklar (Själar) dök upp. Ämne – dessa är Yin-partiklar (dvs. partiklar med attraktionsfält). Antimateria (antimateria) är Yang-partiklar (partiklar med repulsionsfält).

Yin- och Yang-partiklarnas egenskaper är rakt motsatta, och därför är de perfekta för rollen som den eftertraktade materien och antimateria.

Eter, fylla elementarpartiklar - deras drivande faktor

"En elementarpartikels kraftcentrum strävar alltid efter att röra sig tillsammans med etern, som in det här ögonblicket fyller denna partikel (och bildar den), i samma riktning och med samma hastighet."

Eter är den drivande faktorn för elementarpartiklar. Om etern, som fyller partikeln, är i vila, så kommer själva partikeln att vara i vila. Och om en partikels eter rör sig, kommer partikeln också att röra sig.

På grund av det faktum att det inte finns någon skillnad mellan etern för universums eterfält och partiklarnas eter, är alla principer för eterbeteende tillämpliga på elementarpartiklar. Om etern, som tillhör partikeln, för närvarande rör sig mot förekomsten av en brist på eter (i enlighet med den första principen för eterns beteende - "Det finns inga eteriska tomrum i det eteriska fältet") eller rör sig bort från överskottet (i enlighet med den andra principen för eterns beteende - "I det eteriska fältet finns det inga områden med överskott av eterdensitet"), kommer partikeln att röra sig med den i samma riktning och med samma hastighet .

Vad är styrka? Klassificering av styrkor

En av de grundläggande storheterna i fysiken i allmänhet, och speciellt i en av dess underavdelningar - i mekanik, är Tvinga . Men vad är det, hur kan det karakteriseras och stödjas av något som finns i verkligheten?

Först, låt oss öppna någon fysisk Encyklopedisk ordbok och läs definitionen.

« Tvinga i mekanik - ett mått på den mekaniska verkan av andra kroppar på en given materialkropp" (FES, "Force", redigerad av A. M. Prokhorov).

Som du kan se, innehåller Kraften i modern fysik inte information om något specifikt, material. Men samtidigt är kraftens manifestationer mer än specifika. För att rätta till situationen måste vi se på Kraften ur det ockultas perspektiv.

Ur en esoterisk synvinkel Tvinga – det här är inget annat än Ande, Eter, Energi. Och Själen, som ni minns, är också Ande, bara "lindad i en ring." Sålunda är både den fria Anden Kraft och Själen (låst Ande) är Makt. Denna information kommer att vara till stor hjälp för oss i framtiden.

Trots en viss vaghet i definitionen av Force har den en helt materiell grund. Detta är inte alls ett abstrakt begrepp, som det förekommer i fysiken för närvarande.

Tvinga- detta är anledningen som gör att Ether närmar sig sin brist eller flyttar bort från sitt överskott. Vi är intresserade av etern som finns i elementarpartiklar (själar), därför är kraften för oss först och främst anledningen som uppmuntrar partiklar att röra sig. Varje elementarpartikel är en kraft, eftersom den direkt eller indirekt påverkar andra partiklar.

Du kan mäta styrka med hjälp av hastighet, med vilken partikelns eter skulle röra sig under påverkan av denna kraft, om inga andra krafter verkade på partikeln. De där. hastigheten på det eteriska flödet som får partikeln att röra sig är storleken på denna kraft.

Låt oss klassificera alla typer av krafter som uppstår i partiklar beroende på orsaken som orsakar dem.

Attraktionskraft (Striving of Attraction).

Anledningen till uppkomsten av denna kraft är varje brist på eter som uppstår var som helst i universums eterfält.

De där. orsaken till uppkomsten av den attraktiva kraften i en partikel är vilken annan partikel som helst som absorberar etern, dvs. bildar attraktionsfältet.

Repulsion Force (Repulsion Tendens).

Anledningen till uppkomsten av denna kraft är varje överskott av eter som uppstår var som helst i universums eterfält.

Enkla experiment om elektrifiering av olika kroppar illustrerar följande punkter.

2. Avgifter (eller laddade kroppar) interagerar med varandra. Samma avgifter trycka undan, och till skillnad från avgifterär attraherade.

Elementär elektrisk laddning ( e) är den minsta elektriska laddningen, positiv eller negativ, lika med elektronladdningen:

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

Bestämning av avgift.

Det bör särskilt betonas att laddning är en integrerad egenskap hos partikeln. Du kan föreställa dig en partikel utan laddning, men du kan inte föreställa dig en laddning utan en partikel.

I modern fysik definieras laddning enligt följande:

Elektrisk laddningär en fysisk storhet som är källan till det elektriska fältet genom vilket interaktionen mellan partiklar och en laddning sker.

Definition 1

Många av dem runt omkring oss fysiska fenomen som förekommer i naturen förklaras inte i mekanikens lagar, termodynamiken och molekylär kinetisk teori. Sådana fenomen är baserade på inverkan av krafter som verkar mellan kroppar på avstånd och oberoende av massorna av de samverkande kropparna, vilket omedelbart förnekar deras möjliga gravitationsnatur. Dessa krafter kallas elektromagnetiska.

Även de gamla grekerna hade viss förståelse för elektromagnetiska krafter. Dock bara i sena XVIIIårhundradet påbörjades en systematisk, kvantitativ studie av fysiska fenomen förknippade med den elektromagnetiska interaktionen mellan kroppar.

Definition 2

Tack vare ett stort antal vetenskapsmäns mödosamma arbete under 1800-talet slutfördes skapandet av en helt ny harmonisk vetenskap, som studerade magnetiska och elektriska fenomen. Så en av fysikens viktigaste grenar fick namnet elektrodynamik.

Elektriska och strömmar skapade av elektriska laddningar och strömmar magnetiska fält blev dess huvudsakliga studieobjekt.

Begreppet laddning i elektrodynamik spelar samma roll som gravitationsmassa i newtonsk mekanik. Den ingår i sektionens grund och är primär för den.

Definition 3

Elektrisk laddning representerar fysisk kvantitet, som kännetecknar egenskapen hos partiklar eller kroppar att ingå i elektromagnetiska kraftinteraktioner.

Bokstäverna q eller Q i elektrodynamik betecknar vanligtvis elektrisk laddning.

Sammantaget ger alla kända experimentellt bevisade fakta oss möjlighet att dra följande slutsatser:

Definition 4

Det finns två typer av elektriska laddningar. Dessa kallas konventionellt positiva och negativa laddningar.

Definition 5

Avgifter kan överföras (till exempel genom direktkontakt) mellan kroppar. Elektrisk laddning, till skillnad från kroppsmassa, är inte en integrerad egenskap hos den. En specifik kropp under olika förhållanden kan ta olika laddningsvärden.

Definition 6

Liknande laddningar stöter bort, till skillnad från laddningar attraherar. Detta faktum avslöjar en annan grundläggande skillnad mellan elektromagnetiska och gravitationskrafter. Gravitationskrafter är alltid lockande krafter.

Lagen om bevarande av elektrisk laddning är en av de grundläggande naturlagarna.

I ett isolerat system är den algebraiska summan av laddningarna för alla kroppar konstant:

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

Definition 7

Lagen om bevarande av elektrisk laddning säger att i ett slutet system av kroppar kan processer för att skapa eller försvinna av laddningar av endast ett tecken inte observeras.

Ur synvinkel modern vetenskap laddningsbärare är elementarpartiklar. Alla vanliga föremål är gjorda av atomer. De består av protoner som bär en positiv laddning, negativt laddade elektroner och neutrala partiklar - neutroner. Protoner och neutroner är integrerad del atomkärnor bildar elektroner atomernas elektronskal. I modul är de elektriska laddningarna för en proton och en elektron ekvivalenta och lika med värdet av den elementära laddningen e.

I en neutral atom är antalet elektroner i skalet och protoner i kärnan detsamma. Antalet av någon av de givna partiklarna kallas atomnumret.

En sådan atom har förmågan att både förlora och få en eller flera elektroner. När detta händer blir den neutrala atomen en positivt eller negativt laddad jon.

Laddning kan röra sig från en kropp till en annan endast i delar som innehåller ett heltal av elementära laddningar. Det visar sig att den elektriska laddningen av en kropp är en diskret storhet:

q = ± ne (n = 0, 1, 2,...).

Definition 8

Fysiska storheter som kan anta en exklusivt diskret serie av värden kallas kvantiseras.

Definition 9

Elementär laddning e representerar ett kvantum, det vill säga den minsta möjliga delen av elektrisk laddning.

Definition 10

Något av allt ovanstående är det faktum att det i modern fysik finns elementarpartiklar av s.k. kvarkar– partiklar med fraktionerad laddning ± 1 3 e och ± 2 3 e.

Men forskare har aldrig kunnat observera kvarkar i ett fritt tillstånd.

Definition 11

För att upptäcka och mäta elektriska laddningar i laboratorieförhållanden Vanligtvis används en elektrometer - en anordning som består av en metallstav och en pekare som kan rotera runt en horisontell axel (Fig. 1. 1. 1).

Pilstaven är isolerad från metallkroppen. I kontakt med elektrometerns stav provocerar en laddad kropp fördelningen av elektriska laddningar av samma tecken längs staven och pilen. Inverkan av elektriska repulsionskrafter gör att nålen avböjs i en viss vinkel, genom vilken laddningen som överförs till elektrometerstaven kan bestämmas.

Bild 1 . 1 . 1 . Överföring av laddning från en laddad kropp till en elektrometer.

En elektrometer är ett ganska grovt instrument. Dess känslighet tillåter inte en att studera krafterna för interaktion mellan laddningar. År 1785 upptäcktes först lagen om interaktion mellan stationära laddningar. Upptäckaren var den franske fysikern C. Coulomb. I sina experiment mätte han attraktions- och repulsionskrafterna hos laddade bollar med hjälp av en anordning som han designat för att mäta elektrisk laddning - en torsionsbalans (fig. 1, 1, 2), som har extremt hög känslighet. Balansstrålen roterades 1° under en kraft på cirka 10 – 9 N.

Idén med mätningarna baserades på fysikerns gissning att när en laddad boll kommer i kontakt med en lika oladdad, kommer den befintliga laddningen från den första att delas upp i lika delar mellan kropparna. Således erhölls ett sätt att ändra laddningen av bollen med två eller flera gånger.

Definition 12

I sina experiment mätte Coulomb interaktionen mellan bollar, vars storlekar var betydligt mindre än avståndet som skiljer dem åt, varför de kunde försummas. Sådana laddade kroppar brukar kallas punktavgifter.

Bild 1 . 1 . 2. Coulomb enhet.

Bild 1 . 1 . 3. Krafter av interaktion mellan lika och olika laddningar.

Baserat på många experiment etablerade Coulomb följande lag:

Definition 13

Samverkanskrafterna mellan stationära laddningar är direkt proportionella mot produkten av laddningsmodulerna och omvänt proportionella mot kvadraten på avståndet mellan dem: F = k q 1 · q 2 r 2 .

Interaktionskrafterna är frånstötande krafter med lika tecken på laddningar och attraktionskrafter med olika tecken(Fig. 1. 1. 3), och även lyda Newtons tredje lag:
F 1 → = - F 2 → .

Definition 14

Coulomb eller elektrostatisk interaktion är effekten av stationära elektriska laddningar på varandra.

Definition 15

Den gren av elektrodynamik som ägnas åt studiet av Coulomb-interaktion kallas elektrostatik.

Coulombs lag kan tillämpas på punktladdade kroppar. I praktiken är det helt tillfredsställt om dimensionerna hos laddade kroppar kan försummas på grund av att avståndet mellan interaktionsobjekten avsevärt överskrider dem.

Proportionalitetskoefficienten k i Coulombs lag beror på valet av enhetssystem.

I Internationellt system Måttenheten för elektrisk laddning är coulomb (K l).

Definition 16

Hängsmyckeär en laddning som passerar genom tvärsnittet av en ledare på 1 s vid en strömstyrka på 1 A. Strömstyrkan (ampere) i CI är, tillsammans med enheterna för längd, tid och massa, den huvudsakliga måttenheten .

Koefficienten k i CI-systemet skrivs i de flesta fall som följande uttryck:

k = 14 π e0.

I vilken ε 0 = 8,85 · 10 - 12 K l 2 N · m 2 är den elektriska konstanten.

I C I-systemet är den elementära laddningen e lika med:

e = 1,602177 10 - 19 Kl ≈ 1,6 10 - 19 Kl.

Baserat på erfarenhet kan vi säga att krafterna i Coulomb-interaktionen följer principen om superposition.

Sats 1

Om en laddad kropp interagerar samtidigt med flera laddade kroppar, är den resulterande kraften som verkar på en given kropp lika med vektorsumman av krafterna som verkar på denna kropp från alla andra laddade kroppar.

I figur 1. 1 . 4, med hjälp av exemplet med elektrostatisk interaktion mellan tre laddade kroppar, förklaras principen för överlagring.

Bild 1 . 1 . 4 . Principen för överlagring av elektrostatiska krafter F → = F 21 → + F 31 → ; F2 → = F12 → + F32 →; F 3 → = F 13 → + F 23 → .

Bild 1 . 1 . 5 . Modell för interaktion mellan punktladdningar.

Även om superpositionsprincipen är en grundläggande naturlag kräver dess användning viss försiktighet när den tillämpas på samspelet mellan laddade kroppar med ändliga dimensioner. Ett exempel på dessa skulle vara två ledande laddade kulor 1 och 2. Om en annan laddad boll förs till ett liknande system som består av två laddade bollar, kommer interaktionen mellan 1 och 2 att genomgå förändringar på grund av omfördelningen av laddningar.

Superpositionsprincipen antar att krafterna för elektrostatisk interaktion mellan två kroppar inte beror på närvaron av andra laddade kroppar, förutsatt att fördelningen av laddningar är fast (given).

Om du märker ett fel i texten, markera det och tryck på Ctrl+Enter

Total:0
I kontakt med 0
Google+ 0
OK 0
Facebook 0