Что такое заряд?

Для простоты (когда вы перейдете к физике в колледже, это будет расширено), заряд – это скопившиеся электроны, или отсутствие электронов там, где вы ожидаете, что они будут. Электроны имеют отрицательный заряд и протоны положительный заряд. У нормального атома столько же электронов, сколько у протонов, поэтому нет чистого заряда.

На некоторых атомах несколько внешних электронов несколько «ослаблены». Когда у вас есть целая куча этих атомов рядом друг с другом, как атомы меди в медной проволоке, эти свободные электроны могут прыгать между соседними атомами. Однако, если они прыгают слишком далеко, они оставляют положительный заряд (поскольку отрицательный ушел) там, где они ушли, и отрицательный заряд там, где они находятся. Этот дисбаланс зарядов создает электрическое поле , которое можно рассматривать как силовое поле, которое толкает и тянет электроны. Электроны притягиваются к положительным зарядам и отталкиваются отрицательными.

Источник напряжения, такой как батарея, создает электрическое поле. Если вы подключите противоположные концы батареи к противоположным концам этого медного провода со всеми несколько подвижными электронами в нем, вы можете получить в среднем все электроны для перемещения от конца отрицательного напряжения провода к концу положительного напряжения. Чтобы поддерживать электрическое поле, приложенное к проводу, батарея затем качает электроны, которые стекают с + конца провода обратно на – конец провода, где они снова перепрыгивают между атомами меди и снова оказываются на + конце ,

Движение массы электронов называется током , по которому течет заряд. Это очень похоже на течение в реке, где течет множество маленьких молекул воды. Поскольку заряд одного электрона очень мал и малопригоден для человеческого масштаба, мы используем единицу заряда, называемую

Опять же, чтобы сохранить диапазон чисел лучше в человеческом масштабе, мы измеряем ток в амперах , который представляет собой один кулоновский заряд, протекающий каждую секунду. Таким образом, если в проводе слева направо течет 1 Ампер (иногда «Ампер» или официальная аббревиатура «А»), то на самом деле 6 240 000 000 000 000 000 электронов текут справа налево в секунду за любую точку этого провода.

Теперь, когда у вас есть базовое представление о заряде и токе, забудьте об электронах, движущихся со своими отрицательными зарядами. Вся остальная электроника построена на усилителях и кулонах. Думайте об этом как о концептуальных единицах тока и заряда, которые вы будете использовать с этого момента. Тот факт, что они (как правило) основаны на фактических отрицательных зарядах, не имеет значения и просто вызывает путаницу.

Итак, теперь давайте вернемся к той батарее, которая вызвала ток в нашем проводе. Батарея – это просто насос для зарядки. Другими словами, это может сделать текущий. Тем не менее, есть еще одна метрика, которую важно упомянуть, это то, насколько сильно батарея может толкать. Одна батарея может сильнее давить на зарядку, чем другая, точно так же, как один водяной насос может создавать более высокое давление, чем другой. Именно это давление заставляет двигаться электрическое поле, то есть ток. Это электрическое давление измеряется в

Итак, как мы можем связать напряжение, ток и сопротивление? Как вы, вероятно, видите, большее напряжение (давление) создает больший ток (поток), но большее сопротивление (меньшее сопло) создает меньший поток. Чтобы выразить это математически:

  ток = напряжение / сопротивление

Это также дает нам определение сопротивления путем перестановки этого уравнения:

  сопротивление = напряжение / ток

Понятие сопротивления часто встречается в электронике, поэтому у нас есть специальный прибор для измерения, называемый Ом . На самом деле, Ом определяется как:

  Ом = Вольт / Ампер

У нас есть короткие сокращения для всех трех из этих величин, так как почти вся электроника основана на них. Вольт сокращается до «V», Ампер – как «A», а Ом – с греческой буквой «Ω».

Это уравнение, которое связывает сопротивление, напряжение и ток, является краеугольным камнем электроники и называется Законом Ома , в честь парня, который впервые придумал его.

Давайте вернемся к первой форме закона Ома, которую я показал, которая говорит нам, какой ток мы получаем:

  В физических величинах: ток = напряжение / сопротивление.
  В общих единицах: Ампер = Вольт / Ом или А = В / Ом.

Об этом уже много нужно думать. Постарайтесь обдумать это, прежде чем идти дальше. Задайте вопросы здесь, как вам нужно, чтобы понять это. Как только вы получите это, мы можем перейти ко всем видам интересных вещей.

Заряд электрона – это… Что такое Заряд электрона?

Заряд электрона

Элемента́рный электри́ческий заря́д — минимальная порция (квант) электрического заряда. Равен приблизительно 1,602 176 487(40)×10⁻¹⁹Кл в системе СИ (и 4,803×10⁻¹⁰ ед.СГСЭ в системе СГС). Тесно связан с постоянной тонкой структуры, описывающей электромагнитное взаимодействие.

Квантование электрического заряда

Любой наблюдаемый в эксперименте электрический заряд всегда кратен элементарному. Такое предположение было высказано Б. Франклином в 1752 г. и в дальнейшем неоднократно проверялось экспериментально. Вычислен элементарный заряд был в 1874 г. М. Фарадеем, а впервые экспериментально измерен в Милликеном в 1908 г.

Тот факт, что электрический заряд встречается в природе лишь в виде целого числа элементарных зарядов, можно назвать

квантованием электрического заряда. Заметим, что в классической электродинамике вопрос о причинах квантования заряда не обсуждается, поскольку заряд является внешним параметром, а не динамической переменной. Удовлетворительного обьяснения, почему заряд обязан квантоваться, пока не найдено, однако уже получен ряд интересных наблюдений.

• Если в природе существует магнитный монополь, то, согласно квантовой механике, его магнитный заряд обязан находиться в определённом соотношении с зарядом любой выбранной элементарной частицы. Отсюда автоматически следует, что одно только существование магнитного монополя влечёт за собой квантование заряда. Дело лишь за малым: обнаружить в природе магнитный монополь.
• В современной физике элементарных частиц разрабатываются модели наподобие преонной, в которых все известные фундаментальные частицы оказывались бы простыми комбинациями новых, ещё более фундаментальных частиц.
  В этом случае квантование заряда наблюдаемых частиц не представляется удивительным, поскольку оно возникает «по построению».
• Не исключено также, что все параметры наблюдающихся частиц будут описаны в рамках единой теории поля, подходы к которой разрабатываются в настоящее время. В таких теориях величина электрического заряда частиц должна вычисляться из крайне небольшого числа фундаментальных параметров, возможно, связанных со структурой пространства-времени на сверхмалых расстояниях. Если такая теория будет построена, тогда то, что мы наблюдаем как элементарный электрический заряд, окажется некоторым дискретным инвариантом пространства-времени. Однако, конкретных общепринятых результатов в этом направлении пока не получено.

Дробный электрический заряд

С открытием кварков стало понятно, что элементарные частицы могут обладать дробным электрическим зарядом, например, 1/3 и 2/3 элементарного. Однако подобные частицы существуют только в связанных состояниях (конфайнмент), таким образом, все известные свободные частицы имеют электрический заряд, кратный элементарному, хотя рассеяние на частицах с дробным зарядом наблюдалось.

Неоднократные поиски свободных объектов с дробным электрическим зарядом, проводимые различными методиками в течение длительного времени, не дали результата.

Стоит, однако, отметить, что электрический заряд квазичастиц может быть не кратен целому. В частности, именно квазичастицы с дробным электрическим зарядом отвечают за дробный квантовый эффект Холла.

Wikimedia Foundation. 2010.

• Заряд элементарный
• Зарядовая четность

Смотреть что такое “Заряд электрона” в других словарях:

• заряд электрона — (напр. в электрофильтре) [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN electronic charges …   Справочник технического переводчика

• заряд электрона — elektrono krūvis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Elementarusis elektrono krūvis, lygus e, t. y. e = (1,602 176 53 ± 0,000 000 14) · 10⁻¹⁹ C. atitikmenys: angl. electron charge; electronic charge vok. Elektronenladung,… …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

• заряд электрона — elektrono krūvis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. electron charge; electronic charge vok. Elektronenladung, f rus. заряд электрона, m pranc. charge d’électron, f; charge électronique, f …   Fizikos terminų žodynas

• удельный заряд электрона — savitasis elektrono krūvis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. specific electron charge; specific electronic charge vok. spezifische Ladung des Elektrons, f rus. удельный заряд электрона, m pranc. charge spécifique de l’électron, f …   Fizikos terminų žodynas

• Заряд электрический — Классическая электродинамика Магнитное поле соленоида Электричество · Магнетизм Электростатика Закон Кулона …   Википедия

• ЗАРЯД ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ — (Charge) количество электричества, связанное с данным телом. Положительный З. Э. создается избытком протонов, отрицательный избытком электронов, причем заряд каждого протона или электрона равен 1,6∙10 19 кулона Самойлов К. И. Морской… …   Морской словарь

• ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД — ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД, источник электромагнитного поля; величина, определяющая интенсивность электромагнитного взаимодействия заряженных частиц. В СИ измеряется в кулонах (кл). Существует 2 вида электрических зарядов (впервые установлено… …   Современная энциклопедия

• Пространственный заряд — Пространственный заряд  распределенный нескомпенсированный электрический заряд одного знака. Пространственные заряды возникают в вакуумных и газоразрядных лампах в пространстве между электродами, а также в неоднородных областях… …   Википедия

• элементарный заряд — заряд электрона — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г. ] Тематики электротехника, основные понятия Синонимы заряд электрона EN electron chargeelementary …   Справочник технического переводчика

• электрический заряд — величина, определяющая интенсивность электромагнитного взаимодействия заряженных частиц; источник электромагнитного поля. Электрический заряд любых заряженных тел  целое кратное элементарного электрический заряда е. Электрический заряд… …   Энциклопедический словарь

Книги

• Унитарная квантовая теория и новые источники энергии, Л. Г. Сапогин, Ю. А. Рябов, В. А. Бойченко. Изложена новая квантовая теория, рассматривающая микрочастицу как сгусток некоторого поля. Решается проблема корпускулярно-волнового дуализма. В теории нет законов сохранения для одиночных… Подробнее  Купить за 1258 руб
• Унитарная квантовая теория и новые источники энергии, Л. Г. Сапогин, Ю. А. Рябов, В. А. Бойченко. Изложена новая квантовая теория, рассматривающая микрочастицу как сгусток некоторого поля. Решается проблема корпускулярно-волнового дуализма. В теории нет законов сохранения для одиночных… Подробнее  Купить за 1244 грн (только Украина)
• Унитарная квантовая теория и новые источники энергии, Сапогин Л.Г.. Изложена новая квантовая теория, рассматривающая микрочастицу как сгусток некоторого поля. Решается проблема корпускулярно-волнового дуализма. В теории нет законов сохранения для одиночных… Подробнее  Купить за 962 руб

что такое заряд и электростатика

В грозовой туче заряд накапливается почти так же, как и на одежде. Если очень жарко, тёплый воздух вместе с водным паром быстро поднимаются наверх, и складываются в вертикальные облака высотой в несколько километров. Капельки воды в таком облаке поднимаются до очень холодных слоёв атмосферы и превращаются в крошечные ледышки, которые быстро падают вниз и в полёте трутся о пылинки и другие частицы воздуха, перехватывая их электроны. Они собираются с нижней стороны тучи, которая накапливает отрицательный заряд, тяжелеет и нависает над землёй, собирая под собой положительные заряды. Напряжение растёт, пока не пробьёт слой воздуха, отдавая положительный заряд в землю.

Самый простой способ сбросить электростатический заряд с одежды – дотронуться до металлического крана. Водопровод отлично проводит ток прямо в землю, а она настолько большая, что зарядить её, наполнив электронами или “дырками”, не по силам даже тысяче молний. Поэтому в неё может “уходить” любой заряд: лишние электроны убегут, а недостающие – прибегут. Этим пользуются, заземляя электроприборы, то есть просто соединяя их с землёй, чтобы лишний заряд не накапливался, а обнулялся.

Но это мы знаем сегодня: ещё несколько сотен лет назад, когда Америка боролась за независимость от Великобритании, а физики вовсю экспериментировали с электростатическими зарядами, никто не мог точно сказать, что же такое молния. Её сходство с искрами электричества было очевидным – но это ещё требовалось доказать, ведь никто не может приблизиться к молнии и дотронуться до неё. Однако отважный учёный, один из отцов-основателей США Бенджамин Франклин нашёл способ “потрогать” молнию.

Из шёлкового платка с помощью деревянных распорок он сделал воздушного змея, приладив к его “голове” медный штырь. Расчёт был такой: молния, ударив в медь, побежит вниз по мокрой от дождя бечёвке змея до большого железного ключа, привязанного к ней, – и ударит в землю. Бечёвку через шёлковую ленту держал человек, защищённый крышей, так, чтобы ни лента, ни он сам не промокли и не стали проводить электричество. Впрочем, Франклину даже молнии не потребовалось: ключ зарядился от тучи и стал искриться ещё до того, как она набрала достаточно зарядов для молнии. Учёный смог досрочно завершить опасный эксперимент.

Карикатура на Бенджамина Франклина

Но был и другой вид разрядов, природа которых оставалась загадкой. Разряды, которыми пользуются электрические скаты и угри – причём, некоторые даже в пресной воде. В отличие от морской, в ней мало растворённых солей и мало свободных электронов, поэтому пресноводные электрические угри, обитающие в Амазонке, создают особенно мощный заряд. Поверить в это было трудно: многие говорили, что это укус, просто очень быстрый. Доказал это британский физик Генри Кавендиш, который соорудил настоящего искусственного ската, который бил настоящим электричеством – стеклянную банку в форме рыбы с вольтовым столбом внутри.

(PDF) Что такое заряд

1

Валерий Пакулин

Санкт-Петербург, Россия

valpak@yandex.ru

Что такое электрический заряд

Все говорят об электрическом заряде. Но никто не знает, что такое заряд. Все говорят об

электроне. Но никто не знает, что такое электрон. Все говорят, что электрон покрыт зарядом, как

ёлочный шарик покрыт мишурой. Но реальность намного интереснее. Электрический заряд как

отдельный объект, как субстанция, — не существует. Заряд есть вихревой поток гравитонов среды

электромагнитного поля, испускаемый электроном или позитроном.

Ключевые слова: заряд, нейтрино, фотон, электрон, электромагнитное поле.

Термины и определения

Материя – субстанция из трех вложенных фаз, заполняющих Вселенную [1].

Праматерия – основополагающее фазовое состояние материи в виде невидимой

дисперсной среды, заполняющей все пространство.

Электромагнитное поле – фазовое состояние материи в виде невидимой среды вихревых

сгущений праматерии.

Гравитон – мельчайшая частица среды электромагнитного поля.

Скорость света – значение тепловой скорости гравитонов.

Электрическое поле – поступательные потоки вихревой среды электромагнитного поля.

Магнитное поле – кольцевой вихревой поток среды электромагнитного поля.

Вещество – фазовое состояние материи в виде вихревых сгущений электромагнитного

поля.

Нейтрино и антинейтрино – мельчайшие частицы вещества.

Фотон и электрон – частицы вещества из спаренных нейтрино.

Антифотон и позитрон – частицы вещества из спаренных антинейтрино.

Масса – количество (в kg) гравитонов в материальном теле.

Электромагнитная (релятивистская) масса – количество (в kg) гравитонов в пограничном

вихревом слое среды электромагнитного поля, присоединенном к материальному телу.

Электрический заряд – количество (в kg) гравитонов электромагнитного поля, испускаемых

электронами или позитронами в виде лучевых потоков, вращающихся с около световой скоростью.

Реакция аннигиляции – взаимопревращение электрона и позитрона в фотон и антифотон.

Слово ЗАРЯД – Что такое ЗАРЯД?

Слово состоит из 5 букв: первая з, вторая а, третья р, четвёртая я, последняя д,

Слово заряд английскими буквами(транслитом) – zaryad

Значения слова заряд.

Заряд

Заряд — определённое количество ВВ (пороха, твёрдого ракетного топлива, ядерного горючего), обычно снабжённого инициатором взрыва или средством воспламенения. 3. бывают вышибные, метательные, подрывные, разрывные…

Словарь военных терминов. – М., 1988

Заряд – определенное количество взрывчатого вещества или ядерного горючего, снабженного инициатором взрыва или средством воспламенения. Различают: – метательные, вышибные, разрывные, подрывные и ядерные заряды…

glossary.ru

ЗАРЯД – определенное количество взрывчатого вещества (пороха, твердого ракетного топлива, ядерного горючего), обычно снабженного инициатором взрыва или средством воспламенения.

Большой энциклопедический словарь

Заряд, артиллер. , определенное весовое количество пороха или друг. взрывчатого вещества, употребляемое для стрельбы из орудий и ружей и помещаемое в металлической гильзе или мешке (зарядный шелковый картуз) Различают боевой З.

Брокгауз и Ефрон. — 1907—1909

Заряд определенное весовое количество пороха, употребляемое для стрельбы из орудий и ружей, причем порох помещается или в металлической гильзе, или в мешке (картузе).

Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона. – 1890-1907

Заряд (физика)

ЗАРЯД – физ. величина, являющаяся источником поля, посредством к-рого осуществляется взаимодействие частиц, обладающих этой характеристикой (электрич. 3., слабый 3., цветовой заряд).3. наз. также нек-рые аддитивные физ. величины…

Физическая энциклопедия. – 1988

Заряд — физическая величина, являющаяся источником поля, посредством которого осуществляется взаимодействие частиц, обладающих этой характеристикой (электрический заряд, слабый заряд, цветовой заряд).

Матвеева Е.Ю. Концепции современного естествознания. – Новосибирск, 2007

В физике понятие заря́д используется для описания нескольких физических величин, таких как электрический заряд в электромагнетизме или цветовой заряд в квантовой хромодинамике.

ru.wikipedia.org

Заряд (теория меры)

ЗАРЯД — обобщенная мера,- действительная s-аддитивная функция множества, определенная на s-алгебре, борелевских подмножеств области и конечная на компактах Разность двух мер является 3.; обратно, таким способом получаются все 3.

Математическая энциклопедия. – 1977-1985

В отличие от обычной меры, под которой обычно понимают положительную -аддитивную функцию множества, заряд может принимать и отрицательные значения и не обязательно быть счётно-аддитивным.

ru.wikipedia.org

Ядерный заряд

Ядерный заряд, устройство, содержащее запас ядерной энергии, заключённой в определённых веществах, и приспособления, которые обеспечивают быстрое освобождение энергии для осуществления ядерного взрыва.

БСЭ. — 1969—1978

ЯДЕРНЫЙ ЗАРЯД – устройство, в котором осуществляется взрывной процесс освобождения ядерной энергии. Ядерные заряды входят в состав ядерных боеприпасов и делятся на ядерные, энергия взрыва которых обусловлена ядерными цепными реакциями…

Большой энциклопедический словарь

Ядерный заряд – вещество, содержащее: – запас ядерной энергии; – устройство инициирующее заряд; и – другие приспособления, обеспечивающие быстрое освобождение энергии для осуществления ядерного взрыва.

glossary.ru

Кумулятивный заряд

Удлиненный заряд — заряд взрывчатого вещества (ВВ) удлинённой формы (соотношение длины к поперечному сечению 5:1 и более). В зависимости от назначения удлиненные заряды могут быть: кумулятивными фугасными Применяются для перебивания (перерезания)…

ru.wikipedia.org

Кумулятивный заряд, заряд взрывчатого вещества с конической, сферической или клинообразной выемкой, действие которого основано на кумулятивном эффекте.

БСЭ. — 1969—1978

Кумулятивный заряд (a. shaped charge; н. Kumulativladung, Ladung mit gerichteter Sprengwirkung; ф. charge creuse; и. carga cumulative) – заряд BB c конич. или сферич. выемкой на одном конце, действие к-рого основано на Кумулятивном эффекте.

Геологический словарь. – 1978

Электрический заряд

Электри́ческий заря́д — это физическая скалярная величина, определяющая способность тел быть источником электромагнитных полей и принимать участие в электромагнитном взаимодействии. Впервые электрический заряд был введён в законе Кулона в 1785 году.

ru.wikipedia.org

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД, источник электромагнитного поля; величина, определяющая интенсивность электромагнитного взаимодействия заряженных частиц. В СИ измеряется в кулонах (кл).

Современная энциклопедия. – 2000

Электрический заряд, источник электромагнитного поля, связанный с материальным носителем; внутренняя характеристика элементарной частицы, определяющая её электромагнитные взаимодействия.

БСЭ. — 1969—1978

Пространственный заряд

ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ ЗАРЯД (объемный заряд), электрич. заряд, рассредоточенный по нек-рому объёму. П. з. определяет пространств. распределение электрич. потенциала и напряжённости электрич. поля.

Физическая энциклопедия. – 1988

Пространственный заряд — распределенный нескомпенсированный электрический заряд одного знака. Пространственные заряды возникают в вакуумных и газоразрядных лампах в пространстве между электродами…

ru.wikipedia.org

Пространственный заряд, объёмный заряд, электрический заряд, рассредоточенный по некоторому объёму. П. з. определяет пространственное распределение электрического потенциала и напряжённости электрического поля.

БСЭ. — 1969—1978

Закон сохранения заряда

То есть был бы отрезок времени, в течение которого заряд не сохраняется.

ru.wikipedia.org

Заряда сохранения закон, один из фундаментальных строгих законов природы, состоящий в том, что алгебраическая сумма (с учётом знака) электрических зарядов любой замкнутой (электрически изолированной) системы остаётся неизменной…

БСЭ. — 1969—1978

ЗАРЯДА СОХРАНЕНИЯ ЗАКОН (закон сохранения электрического заряда) – закон, согласно к-рому алгебраич. сумма электрич. зарядов всех частиц изолированной системы не меняется при происходящих в ней процессах.

Физическая энциклопедия. – 1988

Элементарный электрический заряд

Элемента́рный электри́ческий заря́д — фундаментальная физическая постоянная, минимальная порция (квант) электрического заряда. Равен приблизительно 1,602 176 565(35)·10−19 Кл в Международной системе единиц (СИ)…

ru.wikipedia.org

Заряд элементарный, элементарный электрический заряд (е), наименьший электрический заряд, положительный или отрицательный, величина которого равна е = (1,6021917 ± 0,0000070)·10-19к — в системе СИ или е = (4,803250 ± 0,000021)·10-19см3/2г1/2сек-1 —…

БСЭ. — 1969—1978

Элементарный электрический заряд, е, наименьший электрический заряд, известный в природе. На существование Э. э. з. впервые с определённостью указал в 1874 английский учёный Дж.

БСЭ. — 1969—1978

Русский язык

Заря́д, -а.

Орфографический словарь. — 2004

За/ря́д/.

Морфемно-орфографический словарь. — 2002

Примеры употребления слова заряд

Поэтому я чувствую, что в них есть заряд энергии такой мощный, который нужен гребцам.

Когда бульвар носит название бульвара Победы или бульвара Свободы, он имеет заряд.

Мне кажется, Игорь Денисов такой капитан, который может передать заряд энергии другим.

Это четвертый заряд, выпущенный северокорейскими властями за последние два дня.

Он позволяет очень быстро заряжать телефон и позволяет надолго сохранять заряд.

После двух побед над Данией мы получили огромный заряд уверенности в собственных силах.

1. зарядочувствительный
2. зарядчик
3. зарядье
4. заряд
5. заряжавшийся
6. заряжавший
7. заряжаемый

1.1 Электрический заряд

Два вида электрического заряда. В современном представлении электрический заряд является таким же фундаментальным свойством микрочастицы, как, например, спин или её масса, а его существование в двух видах, называемых положительным и отрицательным зарядами, является проявлением фундаментальной симметрии, подобно правому и левому в пространстве или четности и нечетности в микромире.

Квантование электрического заряда. На основании большого числа экспериментов установлено, что электрический заряд квантуется, т. е. заряд любого тела кратен целому числу элементарных зарядов, каждый из которых имеет величину, равную 1,60×10^–19 Кл. Этот элементарный заряд принято обозначать буквой e. Частицей с отрицательным элементарным зарядом является электрон (m_e = 9,11×10^–31 кг). Примером устойчивой частицы с положительным элементарным зарядом служит протон (m_р = 1,67×10^–27 кг). Известна также частица с массой, равной массе электрона, и зарядом, равным заряду протона, получившая название позитрон.

Макроскопические тела, как правило, электрически нейтральны, т. е. в них в равных количествах содержатся как положительные, так и отрицательные заряды. Зарядить тело можно, создав в нем избыток заряженных частиц одного вида, например, трением о другое тело, в котором при этом образуется избыток зарядов противоположного вида. Учитывая наличие элементарного заряда, полный электрический заряд любого тела можно представить как  q = ± N e, где N – целое число.

Сохранение электрического заряда. В 1747 г. американский физик Б. Франклин установил один из фундаментальных законов природы – закон сохранения электрического заряда, физической основой которого является точное равенство величин положительного и отрицательного элементарных зарядов. Этот закон формулируется так: «Алгебраическая сумма электрических зарядов тел или частиц, образующих электрически изолированную систему, не изменяется при любых процессах, происходящих в этой системе». Электрически изолированной принято считать систему, через поверхность которой нет переноса зарядов.

Релятивистская инвариантность электрического заряда. Фундаментальным свойством электрического заряда является его релятивистская инвариантность. Это свойство тесно связано с сохранением электрического заряда и означает в широком смысле, что в любой инерциальной системе отсчета полный электрический заряд сохраняется. Или в более узком смысле, что находящиеся в различных инерциальных системах наблюдатели, измеряя электрический заряд, получают одно и то же его значение. Таким образом, электрический заряд тела не зависит от того, движется тело или покоится.

Вопросы

1)    В чем заключается закон сохранения заряда. Приведите примеры проявления этого закона

2)    Некоторый заряд имеет в системе отсчета К величину q. Какова будет величина этого заряда q^* в системе отсчета К^*, движущейся относительно К со скоростью V

3)      Какую систему можно считать электрически изолированной

4)      Металлический шарик имеет 5,0 10⁵ избыточных электронов. Каков его заряд в кулонах? Сколько избыточных электронов останется на шарике после соприкосновения с другим таким же шариком, заряд которого 3,2 10^-14 Кл.

Электрические заряды

Если потереть стеклянную палочку о лист бумаги, то палочка приобретёт способность притягивать к себе листочки «султана» (см. рис. 1.1), пушинки, тонкие струйки воды. При расчёсывании сухих волос пластиковой расчёской волосы притягиваются к расчёске. В этих простых примерах мы встречаемся с проявлением сил, которые получили название электрических.

Рис. 1.1. Притягивание листочков «султана» наэлектризованной стеклянной палочкой.

Тела или частицы, которые действуют на окружающие предметы электрическими силами, называют заряженными или наэлектризованными. Например, упомянутая выше стеклянная палочка после того, как её потереть о лист бумаги, становится наэлектризованной.

Частицы имеют электрический заряд, если они взаимодействуют друг с другом посредством электрических сил. Электрические силы уменьшаются с увеличением расстояния между частицами. Электрические силы во много раз превышают силы всемирного тяготения.

Электрический заряд – это физическая величина, которая определяет интенсивность электромагнитных взаимодействий. Электромагнитные взаимодействия – это взаимодействия между заряженными частицами или телами.

Электрические заряды делятся на положительные и отрицательные. Положительным зарядом обладают стабильные элементарные частицы – протоны и позитроны, а также ионы атомов металлов и т.д. Стабильными носителями отрицательного заряда являются электрон и антипротон.

Существуют электрически незаряженные частицы, то есть нейтральные: нейтрон, нейтрино. В электрических взаимодействиях эти частицы не участвуют, так как их электрический заряд равен нулю. Бывают частицы без электрического заряда, но электрический заряд не существует без частицы.

На стекле, потёртом о шёлк, возникают положительные заряды. На эбоните, потёртом о мех – отрицательные заряды. Частицы отталкиваются при зарядах одинаковых знаков (одноимённые заряды), а при разных знаках (разноимённые заряды) частицы притягиваются.

Все тела состоят из атомов. Атомы состоят из положительно заряженного атомного ядра и отрицательно заряженных электронов, которые движутся вокруг ядра атома. Атомное ядро состоит из положительно заряженных протонов и нейтральных частиц – нейтронов. Заряды в атоме распределены таким образом, что атом в целом является нейтральным, то есть сумма положительных и отрицательных зарядов в атоме равна нулю.

Электроны и протоны входят в состав любого вещества и являются наименьшими устойчивыми элементарными частицами. Эти частицы могут неограниченно долго существовать в свободном состоянии. Электрический заряд электрона и протона называется элементарным зарядом.

Элементарный заряд – это минимальный заряд, которым обладают все заряженные элементарные частицы. Электрический заряд протона равен по абсолютной величине заряду электрона:

е = 1,6021892(46) * 10-19 Кл

Проводники и диэлектрики

Электрические заряды могут перемещаться. Вещества, в которых электрические заряды могут свободно перемещаться, называются проводниками. Хорошими проводниками являются все металлы (проводники I рода), водные растворы солей и кислот – электролиты (проводники II рода), а также раскалённые газы и другие вещества. Тело человека также является проводником. Проводники обладают высокой электропроводностью, то есть хорошо проводят электрический ток.

Вещества, в которых электрические заряды не могут свободно перемещаться, называются диэлектриками (от английского dielectric, от греческого dia – через, сквозь и английского electric – электрический). Эти вещества также называют изоляторами. Электропроводность диэлектриков очень мала по сравнению с металлами. Хорошими изоляторами являются фарфор, стекло, янтарь, эбонит, резина, шёлк, газы при комнатных температурах и другие вещества.

Разделение на проводники и изоляторы условно, так как проводимость зависит от различных факторов, в том числе от температуры. Например, стекло хорошо изолирует только в сухом воздухе и становится плохим изолятором при большой влажности воздуха.

Проводники и диэлектрики играют огромную роль в современном применении электричества.

Что такое плата? – EWT

Предпосылки

Из Википедии: «Электрический заряд – это физическое свойство материи, которое заставляет ее испытывать силу при помещении в электромагнитное поле». В физике это измерение притяжения или отталкивания частиц, обнаруженное Кулоном, когда он установил соотношение заряда и силы на расстоянии – закон Кулона.

Заряд протона (+) и электрона (-)

Сила вызывает движение частиц, и направление зависит от комбинации зарядов следующим образом:

• Частицы с одинаковым зарядом будут отталкиваться (+ / + или – / -).
• Частицы противоположного заряда будут притягиваться (+/-).

Большие объекты, такие как люди, велосипеды или автомобили, состоят из атомов этих же частиц. Однако законы движения и силы основаны на массе, а не на заряде. Почему? Когда происходит столкновение с объектами, на самом деле это столкновение миллионов и миллионов электрически заряженных частиц в этих объектах. Мы вычисляем силу этого объекта на основе массы (м), используя 2-й закон Ньютона (F = ma). Разве заряд (q) не должен быть связан с массой (m)?

Объяснение

Заряд – это бегущая энергия продольных волн .Масса и заряд действительно связаны и могут быть упрощены до одного уравнения энергии, представленного в классической форме на этой странице. Чтобы связать массу и заряд, кулоны можно объяснить как амплитуду волны, которая измеряется как расстояние (в метрах). Если предположить, что вещество находится в космическом вакууме, которое имеет физическое свойство килограммов и движется как волны, тогда масса и заряд могут быть описаны как их движение. В EWT это вещество называется эфиром, а его компоненты – гранулами.

• Масса – это энергия стоячей продольной волны (без учета скорости волны – c ² )
• Заряд – это энергия продольной волны, распространяющаяся на расстояние (сила)

Элементарный заряд одиночной частицы (e _e ) – амплитуда волны на первой длине волны, подробно рассчитанная в разделе, посвященном электрической силе. Амплитуда – это среднее смещение гранул эфира от равновесия. Смещение гранул будет больше вблизи ядра электрона и уменьшаться по амплитуде на расстоянии, поскольку гранулы сталкиваются и передают энергию большему количеству гранул, когда она распространяется сферически.

Поскольку материя (измеряемая как энергия покоя или масса) образуется из одной и той же волны, которая имеет электрические свойства (измеряемые как заряд), они могут быть связаны как логически, так и математически. По логике, это просто тип продольной волны: стоячая или бегущая. Стоячая волна – это запасенная энергия. Бегущая волна по определению – это бегущая энергия. Для сравнения, фотон представляет собой волну другой формы – это поперечная волна, в которой распространение волны перпендикулярно движению частицы (по сравнению с продольной, которая находится в направлении движения).

Классически энергию волны можно описать следующим уравнением. В EWT уравнение энергии часто отображается в форме волнового уравнения, но здесь оно будет показано классически, чтобы доказать, что масса электрона может быть получена из классических электрических констант. Энергия волны в классическом формате:

Масса – это запасенная энергия стоячих волн в пределах радиуса электрона (r _e ).Следовательно, это уравнение энергии без учета скорости волны (c ² ). Для одиночного электрона заряд (q) является элементарным зарядом (e _e ). Приведенное ниже соответствует точному значению и единицам массы электрона при использовании электрических свойств (CODATA).

Масса электрона

• q – e _e (одиночный заряд электрона)
• r = r _e (радиус электрона)

Заряд – амплитуда волны на заданном расстоянии (r) .Он может быть выражен как энергия, но часто выражается как сила, известная как закон Кулона. Кулоновская постоянная – это магнитная постоянная, умноженная на квадрат скорости волны, более 4π. Кулон дал ему букву k.

Сила – это энергия на расстоянии ( F = E / r ), поэтому для уравнения силы в знаменателе получается r ² . Подстановка константы Кулона вместо констант в уравнении энергии (сверху) дает закон Кулона.

Закон Кулона

Логически и массу, и заряд можно объяснить как волны.А математически масса электрона теперь может быть выражена через заряд (q / e _e ), связывая области механики и электричества уравнениями.

Уравнения соотношения массы и зарядовой силы

Связь между законами материи, отмеченная массой (m) в уравнении, равна законам электромагнитного заряда, отмеченным зарядом (q) в уравнении, если учесть масса одного электрона и заряд , а расстояние должно быть равно классическому радиусу электрона .Удивительно, но законы материи от Эйнштейна до Ньютона могут быть связаны с законами заряда, такими как закон Кулона. Эти силовые уравнения выражаются классическими константами:

Что такое заряд (электрический заряд)?

В физике заряд, также известный как электрический заряд, электрический заряд или электростатический заряд и обозначаемый как q , является характеристикой единицы вещества, которая выражает степень, в которой у нее больше или меньше электронов, чем протонов. В атомах электрон несет отрицательный элементарный или единичный заряд; протон несет положительный заряд.Эти два типа заряда равны и противоположны.

В атоме вещества электрический заряд возникает всякий раз, когда количество протонов в ядре отличается от количества электронов, окружающих это ядро. Если электронов больше, чем протонов, атом имеет отрицательный заряд. Если электронов меньше, чем протонов, атом имеет положительный заряд. Количество заряда, переносимого атомом, всегда кратно элементарному заряду, то есть заряду, переносимому одним электроном или одним протоном.Говорят, что частица, атом или объект с отрицательным зарядом имеют отрицательную электрическую полярность; считается, что частица, атом или объект с положительным зарядом имеют положительную электрическую полярность.

В объекте, состоящем из многих атомов, чистый заряд равен арифметической сумме зарядов всех атомов вместе взятых с учетом полярности. В массивном образце это может составлять большое количество элементарных зарядов. Единицей электрического заряда в Международной системе единиц является кулон (обозначенный буквой C), где 1 C равен примерно 6. 24 x 10 ¹⁸ элементарных зарядов. В реальных объектах нет ничего необычного в том, что они содержат заряды в множество кулонов.

Электрическое поле, также называемое электрическим полем или электростатическим полем, окружает любой заряженный объект. Напряженность электрического поля на любом заданном расстоянии от объекта прямо пропорциональна количеству заряда на объекте. Вблизи любого объекта, имеющего фиксированный электрический заряд, напряженность электрического поля уменьшается пропорционально квадрату расстояния от объекта (то есть подчиняется закону обратных квадратов).

Когда два объекта, обладающие электрическим зарядом, подносятся друг к другу, между ними возникает электростатическая сила. (Эту силу не следует путать с электродвижущей силой, также известной как напряжение.) Если электрические заряды имеют одинаковую полярность, электростатическая сила является отталкивающей. Если электрические заряды имеют противоположную полярность, электростатическая сила притягивает. В свободном пространстве (в вакууме), если заряды двух соседних объектов в кулонах равны q ₁ и q ₂ и центры объектов разделены расстоянием r в метрах, Чистая сила F между объектами в ньютонах определяется по следующей формуле:

F = ( q ₁ q ₂ ) / (4 _o r ² )

, где _o – диэлектрическая проницаемость свободного пространства, физическая константа, и – отношение длины окружности к ее диаметру, безразмерная математическая константа.Положительная результирующая сила отталкивает, а отрицательная результирующая сила притягивает. Это соотношение известно как закон Кулона.

Что такое электрический заряд? | Живая наука

Большая часть электрического заряда переносится электронами и протонами внутри атома. Считается, что электроны несут отрицательный заряд, а протоны несут положительный заряд, хотя эти обозначения совершенно произвольны (подробнее об этом позже). Протоны и электроны притягиваются друг к другу, архетип клише «противоположности притягиваются», согласно веб-сайту HyperPhysics Университета Джорджии.И наоборот, два протона отталкиваются друг от друга, как и два электрона.

Протоны и электроны создают электрические поля, которые создают силу, называемую кулоновской силой, которая распространяется во всех направлениях. По словам Серифа Урана, профессора физики в Питтсбургском государственном университете, электрическое поле излучается наружу от заряженной частицы подобно тому, как свет излучается наружу от электрической лампочки. Так же, как и яркость света, напряженность электрического поля уменьшается пропорционально квадрату расстояния от источника (1/ r ² ).Если вы отодвинетесь вдвое дальше, сила поля уменьшится до одной четвертой, а если вы переместитесь в три раза дальше, поле уменьшится до одной девятой.

Поскольку протоны обычно ограничены ядрами, заключенными внутри атомов, они не могут двигаться так же свободно, как электроны. Поэтому, когда мы говорим об электрическом заряде, мы почти всегда имеем в виду избыток или недостаток электронов. Когда существует дисбаланс зарядов и электроны могут течь, создается электрический ток.

Локальный и постоянный дефицит или избыток электронов в объекте вызывает статическое электричество. Ток может принимать форму внезапного разряда статического электричества, такого как молния или искра между вашим пальцем и заземленной пластиной выключателя света; устойчивый поток постоянного тока (DC) от батареи или солнечного элемента; или колебательный ток, например, от генератора переменного тока (AC), радиопередатчика или аудиоусилителя.

Электрическая вселенная

Мы обычно не знаем об электрическом заряде, потому что большинство объектов содержат равные количества положительного и отрицательного заряда, которые эффективно нейтрализуют друг друга, по словам Майкла Дубсона, профессора физики из Университета Колорадо в Боулдере.Обычно считается, что чистый заряд Вселенной нейтрален. Если бы соотношение положительного и отрицательного заряда было меньше всего в 10 ^{– 40} раз, кулоновская сила была бы более мощной, чем гравитация, что сделало бы Вселенную совершенно отличной от той, которую мы наблюдаем, – сказал Дубсон Live Science. Тем не менее, некоторые исследователи, такие как Майкл Дюрен из Университета Юстуса Либиха в Гиссене в Германии, высказывали предположения о возможности электрически заряженной Вселенной.

Ранние исследования в области электричества

Положительные и отрицательные значения заряда были первоначально присвоены американским государственным деятелем и изобретателем Бенджамином Франклином, который начал изучать электричество в 1742 году.До этого большинство людей думали, что электрические эффекты были результатом смешивания двух разных электрических жидкостей, одной положительной и одной отрицательной. Однако Франклин убедился, что существует только одна электрическая жидкость и что у объектов может быть избыток или недостаток этой жидкости. Поэтому, согласно данным Университета Аризоны, он изобрел термины «положительный» и «отрицательный» для обозначения избытка или недостатка соответственно.

Единицей измерения электрического заряда является кулон (C), названный в честь Шарля-Огюстена Кулона, французского физика XVIII века.Кулон разработал закон, гласящий, что «одинаковые заряды отталкиваются, а разные заряды притягиваются». Кулон определяется как количество заряда, переносимого током в один ампер за одну секунду. Хотя это звучит как небольшое количество, согласно HyperPhysics, «два заряда по одному кулону каждый, разделенные метром, будут отталкивать друг друга с силой около миллиона тонн!» Инженеры-электрики часто предпочитают использовать для заряда более крупную единицу – ампер-час, который равен 3600 C.

Кулоновская сила – одна из двух фундаментальных сил, заметных в макроскопическом масштабе, вторая – сила тяжести.Однако электрическая сила намного сильнее гравитации. Кулоновская сила отталкивания между двумя протонами из-за их заряда в 4,1 × 10 ⁴² раз сильнее, чем сила притяжения между ними из-за их массы. Это верно на любом расстоянии, поскольку расстояние сокращается с обеих сторон уравнения.

Насколько велико это число? Сравнение величины этих двух сил похоже на сравнение массы Земли с массой одной молекулы пенициллина! Однако гравитация по-прежнему доминирует во Вселенной в больших масштабах, потому что, в отличие от заряда, можно собрать большие количества массы.Большое скопление одинаково заряженных частиц невозможно из-за их взаимного отталкивания и их сродства к разным зарядам.

Другие свойства заряда

Электрический заряд квантуется, что означает, что он возникает в дискретных единицах. Протоны и электроны несут заряды размером ± 1,602 × 10 ⁻¹⁹ C. Каждое накопление заряда является четным кратным этому числу, и дробные заряды не могут существовать. Квантовая хромодинамика (КХД) утверждает, что протоны и нейтроны состоят каждый из трех кварков с зарядами +2/3 или -1/3 от единичного заряда протона, и два кварка одного и один другой объединяются, чтобы сформировать частицы с зарядами ноль или +1 единица заряда.

Однако эти частицы не могут существовать отдельно. Всякий раз, когда вы пытаетесь разделить протон или нейтрон на составляющие его кварки, для этого требуется столько энергии, что энергия преобразуется в материю в соответствии со знаменитым уравнением Эйнштейна E = mc ² , а вместо одиночный кварк, в итоге получается нейтрально заряженная кварк-антикварковая пара, называемая мезоном. Однако электроны считаются действительно фундаментальными, то есть их нельзя разделить на более мелкие части.

Электрический заряд – это сохраняемая величина. Это означает, что он не может быть создан или уничтожен, а чистое количество электрического заряда во Вселенной постоянное и неизменное. Положительные и отрицательные заряды могут нейтрализовать друг друга, или нейтральные частицы могут расщепляться, образуя положительно и отрицательно заряженные пары частиц, но чистое количество заряда всегда остается неизменным.

Дополнительные ресурсы

НАУЧНЫЙ ХОББИСТ: Что такое плата?

Определение сбора Merriam-Webster

переходный глагол

1а (1) : исправить или запросить в качестве комиссии или платежа взимает 50 долларов за визит в офис

(2) : запросить оплату у (человека) взимать с клиента расходы

б : для отражения (статьи) как расхода, долга, обязательства или обязательства зарядил новый диван

с (1) : , чтобы наложить финансовое бремя на взимать с его имущества возникшие долги

(2) : для наложения или записи в качестве финансового обязательства взыскивать долги перед имуществом

2а (1) : для передачи электрического заряда заряжать конденсатор

б (1) : для размещения заряда (как пороха) в

(2) : для загрузки или заполнения до предела

c : для полного заполнения или отделки Музыка заряжена азартом.

(2) : для размещения геральдического знака заряжает его щит тремя розами

4а : , чтобы выдвинуть возражение, особенно путем приписывания вины или порицания Обвиняет его в вооруженном разбое. Им предъявлено обвинений, обвинение в подстрекательстве.

б : поставить виновных или виноватых обвинить ее бездействие в халатности

c : заявить как обвинение обвиняет в искажении данных

5а : для возложения задачи или ответственности на поручить ему поиск нового места для встреч

б : командовать, наставлять или увещевать с властью Я прошу тебя не уходить.

непереходный глагол

2 : спросить или установить цену Вы взимаете плату за эту услугу?

3 : для списания позиции на счет заряжай сейчас, плати потом

4 батареи или устройства с батарейным питанием : для получения электрического заряда : для получения и хранения большего количества электроэнергии Она оставила телефон заряжаться на ночь.

1а : цена, требуемая за что-то без платы за вход

d : запись о ссуде (как книга из библиотеки)

е Британский : проценты в имуществе, предоставленные в качестве обеспечения ссуды

2а : определенное количество электроэнергии особенно : избыток или недостаток электронов в теле.

б : количество взрывчатого вещества, использованного при однократном разряде.

c : количество, которое устройство предназначено для приема и приспособления для удержания заряд химикатов в огнетушителе

е : накопление или накопление движущей силы. глубоко эмоциональный заряд драмы

б : человек или вещь, переданная на попечение другому лицу играл со своими молодыми подопечными в детском саду

d : церковная юрисдикция (например, приход), переданная священнослужителю

4а : формальное утверждение незаконности обвинение в убийстве

б : Заявление о жалобе или враждебной критике. отрицал выдвинутые против него обвинения в кумовстве

5а (1) : сильный рывок вперед (чтобы атаковать) заряд бригады

(2) : сигнал к атаке озвучить обвинение

б : обычно незаконное нападение на соперника в различных видах спорта (например, в баскетболе).

б : Указание по вопросам права, данное судом присяжным.

7а : фигура на геральдическом поле

б устаревший : загрузка материала или вес

: контроль или хранение чего-либо Он отвечает за учебную программу.

Электрический заряд – Энергетическое образование

Электрический заряд , или, для краткости, , заряд , является фундаментальным физическим свойством, которое заставляет объекты чувствовать силу притяжения или отталкивания по отношению друг к другу. Основная единица заряда – кулон (Кл).Есть два типа заряда: положительный заряд (проявляемый протонами) и отрицательный заряд (проявляемый электронами). Закон Кулона описывает электрические силы между заряженными частицами; если заряды движутся, электромагнитная сила усложняется.

Движение или поток заряженных частиц – это то, что производит электричество и магнетизм. Фактически, движущийся поток электрического заряда – это электрический ток. Это движение заряда может быть вызвано относительным движением магнита и катушки с проволокой – это основная конструкция электрических генераторов.

Когда количество электронов в атоме не равно количеству протонов, считается, что атом имеет чистый заряд. Заряды складываются точно так же, как положительные и отрицательные числа, поэтому заряд +1 в точности отменяет заряд -1. Вот почему положительные и отрицательные числа используются для обозначения заряда, а заряды отменяются так же, как положительные и отрицательные числа. Когда конкретный атом имеет чистый заряд, этот атом называется ионом (на странице иона есть симуляция PhET об этом). Процесс добавления или снятия заряда с атома называется ионизацией, а когда это делается с помощью излучения, это называется ионизирующим излучением.

Заряд также можно отделить от атомов (что приведет к образованию некоторых ионов) путем трения друг с другом материалов разных типов. Это то, что создает электрическое поле вокруг воздушного шара, который натерли о чьи-то волосы или полотенце. По этой же причине статическое электричество накапливается на одежде, которая валялась в сушилке для белья. Ниже представлена ​​симуляция PhET разделения заряда трением.

Чтобы узнать больше о зарядке, см. Гиперфизику.

Моделирование PhET при заряде от трения

Университет Колорадо любезно разрешил нам использовать следующее моделирование PhET.Статическое электричество возникает из-за разделения положительного и отрицательного заряда посредством трения (это происходит в сушилке для одежды, поэтому необходимы простыни для сушки). Чистые заряды вызывают электрическую силу; обратите внимание на поляризацию стены. Посмотрите анимацию PhET ниже, чтобы узнать, как это работает.

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:

Список литературы

Обзор | Безграничная физика

Электрический заряд в атоме

Атомы содержат отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные протоны; количество каждого из них определяет чистый заряд атома.

Цели обучения

Определите факторы, определяющие чистый заряд атома

Ключевые выводы

Ключевые моменты

• Протон – это положительно заряженная частица, расположенная в ядре атома. Электрон имеет [латекс] \ frac {1} {1836} [/ latex], умноженный на массу протона, но равный и противоположный отрицательный заряд.
• Элементарный заряд протона или электрона приблизительно равен 1,6 × 10-19 кулонов.
• В отличие от протонов, электроны могут перемещаться от атома к атому.Если у атома равное количество протонов и электронов, его чистый заряд равен 0. Если он получает дополнительный электрон, он становится отрицательно заряженным и известен как анион. Если он теряет электрон, он становится положительно заряженным и известен как катион.

Ключевые термины

• ядро ​​: массивная положительно заряженная центральная часть атома, состоящая из протонов и нейтронов

Обзор атомных электрических зарядов

Атомы, фундаментальные строительные блоки всех молекул, состоят из трех типов частиц: протонов, нейтронов и электронов.Из этих трех типов субатомных частиц два (протоны и электроны) несут чистый электрический заряд, а нейтроны нейтральны и не имеют чистого заряда.

И протоны, и электроны имеют квантованный заряд. То есть величина их соответствующих зарядов, которые равны друг другу, равна 1. Это стандартное значение равно приблизительно 1,6 × 10 ^-19 кулонов.

Протоны

протонов находятся в центре атома; они вместе с нейтронами составляют ядро.Протоны имеют заряд +1 и массу 1 атомную единицу массы, что примерно равно 1,66 × 10 ^-24 граммов. Число протонов в атоме определяет идентичность элемента (например, атом с одним протоном – это водород, а атом с двумя протонами – это гелий). Таким образом, протоны относительно стабильны; их количество меняется редко, только в случае радиоактивного распада.

Электронов

Электронов находятся на периферии атома и имеют заряд -1.Они намного меньше протонов; их масса [латекс] \ frac {1} {1836} [/ latex] аму. Обычно при моделировании атомов протоны и нейтроны считаются неподвижными, а электроны движутся в пространстве за пределами ядра подобно облаку. Отрицательно заряженное электронное облако указывает области пространства, где, вероятно, могут быть обнаружены электроны. Узоры электронных облаков чрезвычайно сложны и не имеют значения для обсуждения электрического заряда в атоме. Более важным является тот факт, что электроны лабильны; то есть они могут передаваться от одного атома к другому.Атомы заряжаются посредством электронного переноса.

Ионы

В основном состоянии атом будет иметь равное количество протонов и электронов и, таким образом, будет иметь общий заряд 0. Однако, поскольку электроны могут передаваться от одного атома к другому, атомы могут становиться заряженными. Атомы в таком состоянии известны как ионы.

Если нейтральный атом получает электрон, он становится отрицательным. Такой ион называется анионом.

Если нейтральный атом теряет электрон, он становится положительным.Такой ион называется катионом.

Постоянный поток электронов называется током. Ток – это то, что течет по электрическим проводам и питает электронные устройства, от лампочек до телевизоров.

Электрический заряд : краткий обзор атомов, ионов и электрического заряда.

Планетарная модель атома : Маленькие электроны вращаются вокруг большого и относительно неподвижного ядра протонов и нейтронов.

Свойства электрических зарядов

Электрический заряд – это фундаментальное физическое свойство материи, имеющее много параллелей с массой.

Цели обучения

Описывать свойства электрического заряда, такие как его релятивистская инвариантность и сохранение в замкнутых системах

Ключевые выводы

Ключевые моменты

• Заряд измеряется в кулонах (C), что соответствует 6,242 × 10 ¹⁸ e, где e – заряд протона. Заряды могут быть положительными или отрицательными, и, как таковой, единичный протон имеет заряд 1,602 × 10 ⁻¹⁹ Кл, в то время как электрон имеет заряд -1.602 × 10 ⁻¹⁹ С.
• Электрический заряд, как и масса, сохраняется. Сила, создаваемая двумя зарядами, имеет ту же форму, что и сила, создаваемая двумя массами, и, как и сила тяжести, сила электрического поля является одновременно консервативной и центральной.
• Электрический заряд – релятивистский инвариант. То есть заряд (в отличие от массы) не зависит от скорости. В то время как масса частицы будет экспоненциально расти по мере приближения ее скорости к скорости света, заряд останется постоянным.

Ключевые термины

• кулон : В Международной системе единиц производная единица электрического заряда; количество электрического заряда, переносимого током в 1 ампер, протекающим в течение 1 секунды.Символ: C
.
• гравитация : Результирующая сила притяжения земных масс на поверхности Земли и центробежная псевдосила, вызванная вращением Земли.
• электрическое поле : область пространства вокруг заряженной частицы или между двумя напряжениями; он воздействует на заряженные объекты поблизости.

Свойства электрического заряда

Электрический заряд, как и масса и объем, является физическим свойством материи. Единица СИ известна как кулон (C), что соответствует 6.242 × 10 ¹⁸ e , где e – заряд протона. Начисления могут быть положительными или отрицательными; единичный протон имеет заряд 1,602 × 10 ⁻¹⁹ Кл, а электрон имеет заряд -1,602 × 10 ⁻¹⁹ Кл.

Инвариантность

Как и масса, электрический заряд в замкнутой системе сохраняется. Пока система непроницаема, количество заряда внутри нее не будет ни увеличиваться, ни уменьшаться; его можно только перенести. Однако электрический заряд отличается от других свойств, таких как масса, тем, что он является релятивистским инвариантом.То есть заряд независимо от скорости . Масса частицы будет экспоненциально расти по мере приближения ее скорости к скорости света, однако ее заряд останется постоянным.

Независимость электрического заряда от скорости была доказана в эксперименте, в котором было доказано, что одно быстро движущееся ядро ​​гелия (два протона и два нейтрона, связанных вместе) имеет тот же заряд, что и два отдельных медленно движущихся ядра дейтерия (один протон и два нейтрона, связанных вместе). 2} [/ latex ]

где π и [латекс] \ epsilon_0 [/ latex] – константы.Это известно как закон Кулона.

Закон Кулона : силы (F ₁ и F ₂ ) суммируются, чтобы произвести полную силу, которая рассчитывается по закону Кулона и пропорциональна произведению зарядов q ₁ и q ₂ , и обратно пропорционально квадрату расстояния (r ₂₁ ) между ними.

Формула силы тяжести имеет ту же форму, что и закон Кулона, но связывает произведение двух масс (а не зарядов) и использует другую константу.Оба действуют в вакууме и являются центральными (зависят только от расстояния между силами) и консервативными (независимо от пройденного пути). Однако следует отметить, что при сравнении подобных терминов, взаимодействие на основе заряда существенно больше, чем взаимодействие на основе массы. Например, электрическое отталкивание между двумя электронами примерно в 10 ⁴² раз сильнее их гравитационного притяжения.

Разделение заряда

Разделение зарядов, часто называемое статическим электричеством, представляет собой создание пространства между частицами с противоположными зарядами.

Цели обучения

Определите факторы, которые могут вызвать разделение зарядов

Ключевые выводы

Ключевые моменты

• Поскольку электроны лабильны (т.е. они могут переноситься от атома к атому), возможно «разделение зарядов». Это явление часто называют статическим электричеством.
• Разделение зарядов может быть создано за счет трения, давления, тепла и других зарядов.
• Разделение заряда может достигать критического уровня, после чего он разряжается.Молния – типичный пример.

Ключевые термины

• разряд : высвобождение накопленного заряда
• статическое электричество : электрический заряд, накопленный на изолированном теле, часто из-за трения
• ядро ​​: массивная положительно заряженная центральная часть атома, состоящая из протонов и нейтронов

Вся материя состоит из атомов, состоящих из отрицательно заряженных электронов и положительно заряженных протонов.В основном состоянии каждый атом имеет нейтральный заряд – его протоны и электроны равны по количеству, и он существует без постоянного диполя. Поскольку электроны лабильны (т.е. они могут переноситься от атома к атому), возможно явление «разделения зарядов» (часто называемое статическим электричеством).

Статическое электричество : из-за трения между ее волосами и пластиковой направляющей девушка слева создала разделение зарядов, в результате чего ее волосы были притянуты к направляющей.

В химии это разделение зарядов иллюстрируется просто переносом электрона от одного атома к другому при образовании ионной связи. В физике есть много других примеров разделения зарядов, которые нельзя описать как формальные химические реакции. Рассмотрим, например, что можно натереть волосы воздушным шариком. Когда вы вытащите воздушный шар, ваши волосы встанут дыбом и «дойдут» до воздушного шара. Это происходит потому, что электроны от одного переходят к другому, в результате чего один становится положительным, а другой – отрицательным.Таким образом, притягиваются противоположные обвинения. Похожий пример можно увидеть на слайдах игровой площадки (как показано на рисунке).

Разделение зарядов может происходить не только за счет трения, но и за счет давления, тепла и других зарядов. И давление, и тепло увеличивают энергию материала и могут заставить электроны вырваться на свободу и отделиться от своих ядер. Между тем заряд может притягивать электроны к ядру или отталкивать их. Например, ближайший отрицательный заряд может «отталкивать» электроны от ядра, вокруг которого они обычно вращаются.Разделение зарядов часто происходит в естественном мире. Он может иметь экстремальный эффект, если он достигает критического уровня, когда он разряжается. Молния – типичный пример.

Поляризация

Диэлектрическая поляризация – это явление, возникающее при разделении положительных и отрицательных зарядов в материале.

Цели обучения

Определить два пути возникновения поляризации на молекулярном уровне

Ключевые выводы

Ключевые моменты

• Диэлектрики – это изоляторы, которые могут поляризоваться электрическим полем.То есть их заряды не могут течь свободно, но их все же можно заставить неравномерно перераспределяться.
• Электрические поля, приложенные к атомам, отталкивают электроны от поля. В случае полярных молекул их отрицательные концы будут выстраиваться от поля, а положительные концы будут направлены к полю.
• Мгновенная поляризация возникает, когда ионы в результате естественных случайных колебаний распределяются асимметрично, так что одна область более плотна с одним типом ионов, чем с другим.

Ключевые термины

• дипольный момент : векторное произведение заряда на любом полюсе диполя на расстояние, разделяющее их.
• диэлектрик : Электроизоляционный или непроводящий материал, рассматриваемый на предмет его электрической восприимчивости (т. Е. Его свойства поляризации при воздействии внешнего электрического поля).
• изолятор : Вещество, не пропускающее тепло (теплоизолятор), звук (акустический изолятор) или электричество (электрический изолятор).

Понятие полярности очень широкое и может применяться к молекулам, свету и электрическим полям. Что касается этого атома, мы сосредоточимся на его значении в контексте так называемой диэлектрической поляризации – разделения зарядов в материалах.

Диэлектрики

Диэлектрик – это изолятор, который может поляризоваться электрическим полем, что означает, что это материал, в котором заряд не течет свободно, но в присутствии электрического поля он может изменять распределение заряда.Положительный заряд в диэлектрике будет перемещаться в сторону приложенного поля, а отрицательный заряд удаляться. Это создает слабое локальное поле внутри материала, которое противостоит приложенному полю.

Различные материалы по-разному реагируют на индуцированное поле в зависимости от их диэлектрической проницаемости. Эта константа – степень их поляризуемости (степень, в которой они становятся поляризованными).

Модель атома

Самый простой взгляд на диэлектрики включает рассмотрение их заряженных компонентов: протонов и электронов.Если к атому приложить электрическое поле, электроны в атоме будут мигрировать прочь от приложенного поля. Однако протоны остаются относительно подверженными воздействию поля. Это разделение создает дипольный момент, как показано на.

Реакция атома на приложенное электрическое поле : Когда приложено электрическое поле (E), электроны уносятся прочь от поля. Их среднее положение смещено от среднего положения протонов (которые не переместились) на расстояние d.Дипольный момент атома представлен как M

Дипольная поляризация

На молекулярном уровне поляризация может происходить как с диполями, так и с ионами. В полярных связях электроны больше притягиваются к одному ядру, чем к другому. Одним из примеров дипольной молекулы является вода (H ₂ O), которая имеет изогнутую форму (угол HOH составляет 104,45 °) и в которой кислород отталкивает электронную плотность от атомов H, оставляя H относительно положительным и О относительно отрицательно, как показано на.

Молекула воды : Вода является примером дипольной молекулы, которая имеет изогнутую форму (угол HOH составляет 104,45 °) и в которой кислород отталкивает электронную плотность от атомов H, оставляя H относительно положительным, а O относительно отрицательно.

Когда диполярная молекула подвергается воздействию электрического поля, молекула выравнивается с полем, причем положительный конец направлен к электрическому полю, а отрицательный конец – от него.

Ионная поляризация

Ионные соединения – это соединения, образованные из ионов с постоянно разделенными зарядами.Например, поваренная соль (NaCl) образуется из ионов Na ⁺ и Cl ^–, которые формально не связаны друг с другом химической связью, но очень сильно взаимодействуют из-за их противоположных зарядов.

Ионов все еще свободны друг от друга и, естественно, будут перемещаться случайным образом. Если им случится двигаться асимметричным образом, что приведет к большей концентрации положительных ионов в одной области и большей концентрации отрицательных ионов в другой, образец ионного соединения будет поляризован – явление, известное как ионная поляризация. .

Статическое электричество, заряд и сохранение заряда

Электрический заряд – это физическая собственность, постоянно сохраняемая в количестве; он может накапливаться в материи, которая создает статическое электричество.

Цели обучения

Сформулировать правила, применимые к созданию и уничтожению электрического заряда

Ключевые выводы

Ключевые моменты

• Электрический заряд – это физическое свойство вещества, создаваемое дисбалансом количества протонов и электронов в веществе.
• Заряд можно создать или уничтожить. Однако любое создание или удаление заряда происходит при соотношении положительных и отрицательных зарядов 1: 1.
• Статическое электричество – это когда на поверхности предмета собирается избыток электрического заряда.

Ключевые термины

• электрический заряд : квантовое число, определяющее электромагнитные взаимодействия некоторых субатомных частиц; по соглашению, электрон имеет электрический заряд -1, а протон +1, а кварки имеют дробный заряд.
• разряд : высвобождение накопленного заряда
• статическое электричество : электрический заряд, накопленный на изолированном теле, часто из-за трения

Электрический заряд – это физическое свойство материи. Это вызвано дисбалансом количества протонов и электронов в веществе. Материя заряжена положительно, если в ней больше протонов, чем электронов, и отрицательно, если электронов в ней больше, чем протонов.В обоих случаях заряженные частицы будут испытывать силу в присутствии другого заряженного вещества.

Заряды одного знака (положительный и положительный или отрицательный и отрицательный) будут отталкиваться друг от друга, тогда как заряды противоположного знака (положительный и отрицательный) будут притягиваться друг к другу, как показано на.

Заряды отталкивания и притяжения : Заряды одного знака (положительный и положительный или отрицательный и отрицательный) будут отталкивать друг друга, тогда как заряды противоположного знака (положительный и отрицательный) будут притягиваться друг к другу.{18} [/ латекс] элементарные заряды. (Элементарный заряд – это величина заряда протона или электрона.)

Сохранение заряда

Заряд, как и материя, по существу постоянен во Вселенной и во времени. В физике сохранение заряда – это принцип, согласно которому электрический заряд не может быть ни создан, ни разрушен. Чистое количество электрического заряда, количество положительного заряда минус количество отрицательного заряда во Вселенной, всегда сохраняется.

Для любого конечного объема закон сохранения заряда (Q) можно записать в виде уравнения неразрывности:

[латекс] \ text {Q} (\ text {t} _2) = \ text {Q} (\ text {t} _1) + \ text {Q} _ {\ text {in}} – \ text {Q } _ {\ text {out}} [/ latex]

, где Q ( т ₁ ) – это заряд в системе в данный момент времени, Q ( т ₂ ) – это плата в той же системе в более позднее время, Q _в – это заряд, который поступил в систему между двумя моментами времени, а Q _из – это сумма заряда, который покинул систему между двумя моментами времени.

Это не означает, что отдельные положительные и отрицательные заряды не могут быть созданы или уничтожены. Электрический заряд переносится субатомными частицами, такими как электроны и протоны, которые могут быть созданы и разрушены. Например, при уничтожении частиц уничтожается равное количество положительных и отрицательных зарядов, при этом чистая величина заряда остается неизменной.

Статическое электричество

Статическое электричество – это накопление избыточного электрического заряда на поверхности объекта.Это может быть связано с контактом материалов, повышением давления или тепла или наличием заряда. Статическое электричество также может быть создано за счет трения между воздушным шаром (или другим объектом) и человеческими волосами (см.). Его можно наблюдать в грозовых облаках в результате повышения давления; молния (см.) – разряд, возникающий после того, как заряд превышает критическую концентрацию.

Статическое электричество : из-за трения между ее волосами и пластиковой направляющей девушка слева создала разделение зарядов, в результате чего ее волосы были притянуты к направляющей.

Молния : Молния является ярким естественным примером статического разряда.

Проводники и изоляторы

По способности проводить ток материалы делятся на проводники и изоляторы.

Цели обучения

Определить проводники и изоляторы среди обычных материалов

Ключевые выводы

Ключевые моменты

• Удельное сопротивление, физическое свойство, которое измеряет способность материала проводить ток, является основным фактором при определении того, является ли вещество проводником или изолятором.
• Проводники содержат электрические заряды, которые при воздействии разности потенциалов движутся к одному или другому полюсу. Этот поток заряда представляет собой электрический ток.
• Изоляторы – это материалы, в которых внутренний заряд не может свободно течь и, следовательно, не может проводить электрический ток в значительной степени под воздействием электрического поля.

Ключевые термины

• проводник : Материал, содержащий подвижные электрические заряды.
• изолятор : Вещество, не пропускающее тепло (теплоизолятор), звук (акустический изолятор) или электричество (электрический изолятор).
• удельное сопротивление : Обычно сопротивление материала электрическому току; в частности, степень сопротивления материала потоку электричества.

Обзор

Все материалы можно разделить на изоляторы или проводники на основе физического свойства, известного как удельное сопротивление.

Изолятор – это материал, в котором под действием электрического поля электрические заряды не текут свободно – он имеет высокое сопротивление. И наоборот, проводник – это материал, который пропускает электрические заряды в одном или нескольких направлениях – его удельное сопротивление низкое.

Проводники

Все проводники содержат электрические заряды, которые при воздействии разности потенциалов перемещаются к одному или другому полюсу. Положительные заряды в проводнике будут перемещаться к отрицательному концу разности потенциалов; отрицательные заряды в материале будут двигаться к положительному концу разности потенциалов. Этот поток заряда представляет собой электрический ток.

Ионные вещества и растворы могут проводить электричество, но наиболее распространенными и эффективными проводниками являются металлы.Медь обычно используется в проводах из-за ее высокой проводимости и относительно невысокой цены. Однако позолоченные провода иногда используются в случаях, когда необходима особенно высокая проводимость.

У каждого проводника есть предел допустимой токовой нагрузки или величины тока, который он может проводить. Обычно это ток, при котором тепло, выделяемое из-за сопротивления, плавит материал.

Изоляторы

– это материалы, в которых внутренний заряд не может свободно течь и, следовательно, не может проводить электрический ток в значительной степени под воздействием электрического поля.

Хотя не существует идеального изолятора с бесконечным удельным сопротивлением, такие материалы, как стекло, бумага и тефлон, обладают очень высоким удельным сопротивлением и в большинстве случаев могут эффективно служить изоляторами.

Так же, как проводники используются для передачи электрического тока по проводам, изоляторы обычно используются в качестве покрытия для проводов.

Изоляторы, как и проводники, имеют свои физические ограничения. Под воздействием достаточного напряжения изолятор испытает так называемый электрический пробой, при котором ток внезапно проникает через материал, когда он становится проводником.

Проводник и изолятор в проводе : Этот провод состоит из медного сердечника (проводника) и покрытия из полиэтилена (изолятора). Медь пропускает ток через провод, а полиэтилен гарантирует, что ток не уйдет.

Эксперимент Милликена с каплей нефти

В 1911 году Роберт Милликен с помощью заряженных капель масла смог определить заряд электрона.

Цели обучения

Объясните разницу в значении реального заряда электрона и заряда, измеренного Робертом Милликеном

Ключевые выводы

Ключевые моменты

• Эксперимент с масляной каплей включал ионизирующие капли масла, падающие через воздух, и уравновешивание силы тяжести с силой электрического поля, приложенного электродами над и под каплей.
• Милликен не мог напрямую подсчитать количество электронов на каждой капле масла, но обнаружил, что общий знаменатель между всеми измеренными зарядами равен 1,5924 (17) × 10 ⁻¹⁹ C, и, таким образом, пришел к выводу, что это значение было зарядом электрон.
• Измеренное значение заряда электрона 1,5924 (17) × 10 ⁻¹⁹ Кл отличается от принятого значения 1,602176487 (40) × 10 ⁻¹⁹ Кл менее чем на один процент.

Ключевые термины

• напряжение : величина электростатического потенциала между двумя точками в пространстве.
• конечная скорость : Скорость, с которой объект в свободном падении, а не в вакууме, перестает ускоряться вниз, потому что сила тяжести равна силе сопротивления, действующей против него, и противоположна ей.
• электрическое поле : область пространства вокруг заряженной частицы или между двумя напряжениями; он воздействует на заряженные объекты поблизости.

Эксперимент с каплей нефти

Эксперимент с каплей нефти, также известный как эксперимент Милликена с каплей нефти, является одним из самых влиятельных исследований в истории физической науки.

Эксперимент, проведенный Робертом Милликеном и Харви Флетчером в 1911 году, был разработан для определения заряда отдельного электрона, также известного как элементарный электрический заряд.

Милликен разработал свой эксперимент для измерения силы, действующей на масляные капли между двумя электродами.

Он использовал распылитель, чтобы распылить туман из крошечных капелек масла в камеру, в которой было отверстие. Некоторые капли падали через это отверстие в камеру, где он измерял их конечную скорость и вычислял их массу.

Милликен затем подвергал капли рентгеновскому излучению, которое ионизировало молекулы в воздухе и заставляло электроны присоединяться к каплям масла, тем самым делая их заряженными. Верх и низ камеры были прикреплены к батарее, и разность потенциалов между верхом и низом создавала электрическое поле, которое действовало на заряженные капли масла.

Точно регулируя напряжение, Милликен смог уравновесить силу тяжести (которая была направлена ​​вниз) с силой электрического поля, действующей на заряженные частицы (которое было приложено вверх), в результате чего капли масла зависли в воздухе. .

Упрощенная схема эксперимента Милликена с каплей масла : Этот прибор имеет параллельную пару горизонтальных металлических пластин. Между ними создается однородное электрическое поле. Кольцо имеет три отверстия для освещения и одно для просмотра в микроскоп. В камеру распыляется специальное масло для вакуумного аппарата, в котором капли приобретают электрический заряд. Капли попадают в пространство между пластинами, и ими можно управлять, изменяя напряжение на пластинах.

Милликен рассчитал заряд частиц, взвешенных в воздухе.2), а также энергию рентгеновских лучей, которые он использовал, он смог вычислить заряд.

Хотя заряд каждой капли был неизвестен, Милликен скорректировал силу рентгеновского излучения, ионизирующего воздух, и измерил множество значений (q) от множества различных масляных капель.