Содержание

нахождения величины заряда и количество заряда

Электрический заряд – это основа работы любого электронного прибора и та величина, без которой невозможно посчитать ни один важный показатель в электродинамике и электростатике. Подробная расшифровка термина, описание формулы нахождения электрического заряда и образец решения типовой задачи приведены в данной статье.

Что такое электрический заряд q

Электрический заряд, обозначаемый в международной системе единиц буквами q и Q, считается скалярной физической величиной, которая определяет свойство частицы или тела выступать в качестве источника электромагнитного поля и вступать в прямое взаимодействие с ним. В физике существует несколько видов электромагнитных заряженных частиц, и они называются положительными или отрицательными. Обе единицы измеряются в Кулонах, а найти их можно путём вычисления произведения одного Ампера с одной секундой.

Понятие из учебного пособия

Формула нахождения заряда

Определить искомую величину можно из физико-математической формулы силы тока.

-19 Кулон.

Обратите внимание! Формула заряда является следствием прямой зависимости напряженности электромагнитного поля от потенциала его частицы, что является основным правилом нахождения емкости заряженного конденсатора и величины энергии, накопленной в нём. Кроме того, вычислить количество заряда можно через силу Лоренца.

Основные формулы

Как вычислять с помощью законов

Поскольку q и Q являются скалярными единицами, вычислить их с помощью законов можно через точные формулы, выведенные известными учеными-физиками. К примеру, в соответствии с законом Кулона, можно найти величину и силовое направление взаимодействия заряженных частиц между несколькими неподвижными телами.

Закон сохранения

Все элементарные частицы подразделяются на нейтральные или заряженные. Они вступают во взаимодействие друг с другом внутри электромагнитного поля. Частицы, которые имеют одноименный электрон, отталкиваются, а разноименный – притягиваются. В первом случае наблюдается избыток электронов, а во втором – их недостаток.

Оба типа частиц заряжаются посредством электризации. На практике, при возникновении данного явления, заряженные частицы равны по модулю, несмотря на противоположность знаков. Когда разные частицы притягиваются, то между ними происходит электризация и сохранение электрона. При этом, сумма всех изолированных системных частиц не изменяется, то есть, q + q + q…= const.

Закон сохранения

Закон Кулона

Выше было сказано, что электрические заряженные микрочастицы бывают как положительными, так и отрицательными, а их наличие подтверждается силовым взаимодействием, которое с помощью экспериментов на весах описал в 1785 году О. Кулон, создав свой физико-математический закон.

Закон Кулона представляет собой физическую закономерность, которая описывает взаимодействие наэлектризованных частиц между не электризованными, в зависимости от промежутка между ними. В соответствии с этой формулировкой, чем больше электронов имеет частица, тем ближе она расположена к другой элементарной единице заряда, и, соответственно, сила возрастает.

Обратите внимание! При увеличении расстояния между частицами, сал их взаимодействия неизменно убывает. В математической формуле это выглядит так: F1 = F2 = K*(q1*q2/r2), где q1 и q2 считаются модулями заряженных микрочастиц, k является коэффициентом пропорциональности, который зависит от системного выбора единицы, а r — расстоянием.

Закон Кулона

Образец решения задач по теме «Электрический заряд»

Ниже приведены образцы решения простых задач по электростатике, в частности, на закон Кулона.

Задача 1. Несколько одинаковых заряженных шаров имеют показатели q1 = 6 микрокулон и q2 = -18 микрокулон. Они располагаются друг от друга на 36 сантиметров (0,36 метров). Насколько будет меняться сила их взаимодействия при соприкосновении друг с другом и разведении в сторону?

Чтобы решить эту задачу, нужно воспользоваться эл заряд формулой F=K*(q1*q2/r2), подставив вместо букв известные величины. В результате, выйдет число 7,5.

Задача 2. Маленькие одинаковые шары находятся на промежутке в 0,15 метра и притягиваются с силой 1 микроньютон. -7 или 10 микрокулон.

Формула для решения

В целом, электрический заряд представляет собой физическую скалярную величину, которая определяет способность тел являться источником электромагнитного поля и участвовать во взаимодействии с ним. Отыскать величину, которая обозначается буквами q и Q, для решения задач или для выполнения другой работы, можно через закон сохранения, Кулона и представленные выше основные физические формулы.

Формула электрического заряда, q

Определение и формула электрического заряда

Фундаментальным свойством электрического заряда является существование двух видов зарядов: положительных и отрицательных. Заряды, имеющие один знак, отталкиваются. Взаимодействие зарядов разного знака определяют как притяжение. Телу можно сообщить заряд любого знака. В макроскопическом теле заряды разных знаков могут взаимно компенсировать друг друга.

Электрический заряд является релятивистски инвариантной величиной. Это значит, что величина заряда не зависит от системы отсчета, не важно, движется заряд (заряженное тело) или покоится.

Электрический заряд тела находят как суммарный заряд его частей.

Разделения электрических зарядов разных знаков можно добиться путем электризации посредством непосредственного контакта тел (например, трением) или без контакта, например посредством электрической индукции. При зарядке тела, мы создаем на нем избыток электронов или недостаток в сравнении с их нормальным количеством, при котором тело не имеет заряда. При этом электроны берутся у другого тела или удаляются из заряжаемого тела, но не уничтожаются или создаются. Важно запомнить, что процесс зарядки и разрядки тел является процедурой перераспределения электронов, при этом общее их число не изменяется.

При соединении заряженного проводника с незаряженным, заряд перераспределяется между обоими телами. Допустим, что одно тело несет отрицательный заряд, его соединяют с незаряженным телом. Электроны заряженного тела под воздействием сил взаимного отталкивания переходят на незаряженное тело. При этом заряд первого тела уменьшается, заряд второго увеличивается, до тех пор, пока не наступит равновесие.

Элементарный заряд

Немецкий физик и физиолог Г. Гельмгольц обратил внимание на то, что заряды, которые переносят ионы при явлении электролиза, являются целыми, кратными некоторой величине, равной Кл. Каждый одновалентный ион переносит такой заряд. Любой двухвалентный ион несет заряд, равный Кл, и так далее. Гельмгольц сделал вывод о том, что заряд Кл является минимальным количеством электричества, которое существует в природе. Данный заряд получил название элементарного заряда.

Закон сохранения заряда

Закон сохранения заряда является фундаментальным законом природы. Он был установлен на основании обобщения экспериментальных данных. Подтвержден в 1843 г. английским физиком М. Фарадеем.

Формулировка закона: В любой замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов – это неизменная величина, и не важно, какие процессы происходят в этой системе:

   

где N – количество зарядов.

Закон Кулона

На вопрос: С какими силами взаимодействуют неподвижные точечные заряды? Отвечает закон Кулона, который можно записать в виде формулы как:

   

где – сила, с которой заряд действует на заряд ; – радиус вектор, который проведен от второго заряда к первому; – электрическая постоянная; – диэлектрическая проницаемость вещества в котором находятся заряды. В соответствии с третьим законом Ньютона первый заряд действует на второй с силой равной по модулю и противоположной по направлению силе Обратите внимание, что заряды в формуле (2) точечные.

Примеры решения задач по теме «Электрический заряд»

Глава 17. Взаимодействие электрических зарядов. Закон Кулона, принцип суперпозиции

Взаимодействие электрических зарядов описывается законом Кулона, который утверждает, что сила взаимодействия двух покоящихся точечных зарядов в вакууме равна

(17.

1)

где и — модули зарядов, — расстояние между ними. Коэффициент пропорциональности в формуле (17.1) зависит от системы единиц. В международной системе единиц СИ этот коэффициент принято записывать в виде

(17.2)

где величина называется электрической постоянной, размерность величины сводится к отношению размерности длины к размерности электрической емкости (Фарада). Электрические заряды бывают двух типов, которые условно принято называть положительным и отрицательным. Как показывает опыт, заряды притягиваются, если они разноименные и отталкиваются, если одноименные.

В любом макроскопическом теле содержится огромное количество электрических зарядов, поскольку они входят в состав всех атомов: электроны заряжены отрицательно, протоны, входящие в состав атомных ядер — положительно. Однако большинство тел, с которыми мы имеем дело, не заряжены, поскольку количество электронов и протонов, входящих в состав атомов, одинаково, а их заряды по абсолютной величине в точности совпадают.

Тем не менее, тела можно зарядить, если создать в них избыток или недостаток электронов по сравнению с протонами. Для этого нужно передать электроны, входящие в состав какого-нибудь тела, другому телу. Тогда у первого возникнет недостаток электронов и соответственно положительный заряд, у второго — отрицательный. Такого рода процессы происходят, в частности, при трении тел друг о друга.

Если заряды находятся в некоторой среде, которая занимает все пространство, то сила их взаимодействия ослабляется по сравнению с силой их взаимодействия в вакууме, причем это ослабление не зависит от величин зарядов и расстояния между ними, а зависит только от свойств среды. Характеристика среды, которая показывает, во сколько раз ослабляется сила взаимодействия зарядов в этой среде по сравнению с силой их взаимодействия в вакууме, называется диэлектрической проницаемостью этой среды и, как правило, обозначается буквой . Формула Кулона в среде с диэлектрической проницаемостью принимает вид

(17. 3)

Если имеется не два, а большее количество точечных зарядов для нахождения сил, действующих в этой системе, используется закон, который называется принципомсуперпозиции1. Принцип суперпозиции утверждает, что для нахождения силы, действующей на один из зарядов (например, на заряд ) в системе из трех точечных зарядов , и надо сделать следующее. Сначала надо мысленно убрать заряд и по закону Кулона найти силу, действующую на заряд со стороны оставшегося заряда . Затем следует убрать заряд и найти силу, действующую на заряд со стороны заряда . Векторная сумма полученных сил и даст искомую силу.

Принцип суперпозиции дает рецепт поиска силы взаимодействия неточечных заряженных тел. Следует мысленно разбить каждое тело на части, которые можно считать точечными, по закону Кулона найти силу их взаимодействия с точечными частями, на которое разбивается второе тело, просуммировать полученные вектора. Ясно, что такая процедура математически очень сложна, хотя бы потому, что необходимо сложить бесконечное количество векторов. В математическом анализе разработаны методы такого суммирования, однако в школьный курс физики они не входят. Поэтому, если такая задача и встретится, то суммирование в ней должно легко выполняться на основе тех или иных соображений симметрии. Например, из описанной процедуры суммирования следует, что сила, действующая на точечный заряд, помещенный в центр равномерно заряженной сферы, равна нулю.

Кроме того, школьник должен знать (без вывода) формулы для силы, действующей на точечный заряд со стороны равномерно заряженной сферы и бесконечной плоскости. Если имеется сфера радиуса , равномерно заряженная зарядом , и точечный заряд , расположенный на расстоянии от центра сферы, то величина силы взаимодействия равна

(17.4)

если точечный заряд находится снаружи сферы, и

(17.5)

если заряд находится внутри (причем не обязательно в центре). Из формул (17.4), (17.5) следует, что сфера снаружи создает такое же электрическое поле как весь ее заряд, помещенный в центре, а внутри — нулевое.

Если имеется очень большая плоскость с площадью , равномерно заряженная зарядом , и точечный заряд , то сила их взаимодействия равна

(17.6)

где величина имеет смысл поверхностной плотности заряда плоскости. Как следует из формулы (17.6) сила взаимодействия точечного заряда и плоскости не зависит от расстояния между ними. Обратим внимание читателя на то, что формула (17.6) является приближенной и «работает» тем точнее, чем дальше точечный заряд находится от ее краев. Поэтому при использовании формулы (17.6) часто говорят, что она справедлива в рамках пренебрежения «краевыми эффектами», т.е. когда плоскость считается бесконечной.

Рассмотрим теперь решение данных в первой части книги задач.

Согласно закону Кулона (17. 1) величина силы взаимодействия двух зарядов из задачи 17.1.1 выражается формулой

Заряды отталкиваются (ответ 2).

Поскольку капелька воды из задачи 17.1.2 имеет заряд ( – заряд протона), то она имеет в избытке электронов по сравнению с протонами. Значит при потере трех электронов их избыток уменьшится, и заряд капельки станет равен (ответ 2).

Согласно закону Кулона (17.1) величина силы взаимодействия двух зарядов при увеличении в раз расстояния между ними уменьшится в раз (задача 17.1.3 — ответ 4).

Если заряды двух точечных тел увеличить в раз при неизменном расстоянии между ними, то сила их взаимодействия, как это следует из закона Кулона (17.1), увеличится в раз (задача 17.1.4 — ответ 3).

При увеличении одного заряда в 2 раза, а второго в 4, числитель закона Кулона (17. 1) увеличивается в 8 раз, а при увеличении расстояния между зарядами в 8 раз — знаменатель увеличивается в 64 раза. Поэтому сила взаимодействия зарядов из задачи 17.1.5 уменьшится в 8 раз (ответ 4).

При заполнении пространства диэлектрической средой с диэлектрической проницаемостью = 10, сила взаимодействия зарядов согласно закону Кулона в среде (17.3) уменьшится в 10 раз (задача 17.1.6 — ответ 2).

Сила кулоновского взаимодействия (17.1) действует как на первый, так и на второй заряд, а поскольку их массы одинаковы, то ускорения зарядов, как это следует из второго закона Ньютона, в любой момент времени одинаковы (задача 17.1.7 — ответ 3).

Похожая задача, но массы шариков разные. Поэтому при одинаковой силе ускорение шарика с меньшей массой в 2 раза больше ускорения шарика с меньшей массой , причем этот результат не зависит от величин зарядов шариков (задача 17.1.8 — ответ 2).

Поскольку электрон заряжен отрицательно, он будет отталкиваться от шара (задача 17. 1.9). Но поскольку начальная скорость электрона направлена к шару, он будет двигаться в этом направлении, но его скорость будет уменьшаться. В какой-то момент он на мгновение остановится, а потом будет двигаться от шара с увеличивающейся скоростью (ответ 4).

В системе двух заряженных шариков, связанных нитью (задача 17.1.10), действуют только внутренние силы. Поэтому система будет покоиться и для нахождения силы натяжения нити можно использовать условия равновесия шариков. Поскольку на каждый из них действуют только кулоновская сила и сила натяжения нити, то из условия равновесия заключаем, что эти силы равны по величине.

Отсюда

где (ответ 1).

Система трех шариков в задаче 17.2.1 покоится, поэтому силы натяжения должны компенсировать силы кулоновского отталкивания крайних зарядов. Последние найдем по закону Кулона и принципу суперпозиции. Каждый крайний заряд отталкивается от центрального заряда и другого крайнего. Для суммы этих сил получаем

Этой величине и будет равна сила натяжения нитей (ответ 4). Отметим, что рассмотрение условия равновесия центрального заряда не помогло бы найти силу натяжения, а привело бы к заключению, что силы натяжения нитей одинаковы (впрочем, это заключение и так очевидно благодаря симметрии задачи).

Для нахождения силы, действующей на заряд — в задаче 17.2.2, используем принцип суперпозиции. На заряд — действуют силы притяжения к левому и правому зарядам (см. рисунок). Поскольку расстояния от заряда — до зарядов одинаковы, модули этих сил равны друг другу и они направлены под одинаковыми углами к прямой, соединяющей заряд — с серединой отрезка — . Поэтому сила, действующая на заряд — направлена вертикально вниз (вектор результирующей силы выделен жирным на рисунке; ответ 4).

Задача 17.2.3 похожа на предыдущую, но изменен знак одного из зарядов. Поэтому сила, действующая на заряд — со стороны правого заряда, не изменившись по величине, изменится по направлению (см. рисунок). Поэтому вектор результирующей силы будет направлен влево (вектор результирующей силы выделен жирным на рисунке; ответ 1).

На каждый заряд в задаче 17.2.4 действуют силы отталкивания со стороны двух других зарядов (см. рисунок), причем значения этих сил одинаковы (из-за равенства величин всех зарядов и расстояний между ними) и равны

Из-за равенства значений сил-слагаемых параллелограмм сложения сил представляет собой ромб, и, следовательно, вектор результирующей силы направлен вдоль биссектрисы треугольника из зарядов (выделен жирным на рисунке). Поэтому угол, отмеченный на рисунке дугой равен 30°, а значение результирующей силы равно

(ответ 3).

Из формулы (17.6) заключаем, что правильный ответ в задаче 17.2.54. В задаче 17.2.6 нужно использовать формулу для силы взаимодействия точечного заряда и сферы (формулы (17.4), (17.5)). Имеем = 0 (ответ 3).

В задаче 17.2.7 необходимо применить принцип суперпозиции к двум сферам. Принцип суперпозиции утверждает, что взаимодействие каждой пары зарядов не зависит от наличия других зарядов. Поэтому каждая сфера действует на точечный заряд независимо от другой сферы, и для нахождения результирующей силы нужно сложить силы со стороны первой и второй сфер. Поскольку точечный заряд расположен внутри внешней сферы, она не действует на него (см. формулу (17.5)), внутренняя действует с силой

где . Поэтому и результирующая сила равна этому выражению (ответ 2)

В задаче 17.2.8 также следует использовать принцип суперпозиции. Если заряд поместить в точку , то силы, действующие на него со стороны зарядов и , направлены влево. Поэтому по принципу суперпозиции имеем для равнодействующей силы

где — расстояния от зарядов до исследуемых точек. Если поместить положительный заряд в точку , то силы будут направлены противоположно, и на основании принципа суперпозиции находим результирующую силу

В точке на заряд будут действовать силы, направленные направо, и потому

Из этих формул следует, что наибольшей сила будет в точке — ответ 1.

Пусть, для определенности, заряды шариков и в задаче 17. 2.9 положительны. Так как шарики одинаковы, заряды после их соединения распределяться между ними равномерно и для сравнения сил, нужно сравнить друг с другом величины

(1)

которые представляют собой произведения зарядов шариков до и после их соединения. После извлечения квадратного корня сравнение (1) сводится к сравнению среднего геометрического и среднего арифметического двух чисел. А поскольку среднее арифметическое любых двух чисел больше их среднего геометрического, то сила взаимодействия шариков возрастет независимо от величин их зарядов (ответ 1).

Задача 17.2.10 очень похожа на предыдущую, а ответ — другой. Непосредственной поверкой легко убедиться, что сила может как увеличиться, так и уменьшиться в зависимости от величин зарядов. Например, если заряды равны по величине, то после соединения шариков их заряды станут равны нулю, поэтому нулевой будет и сила их взаимодействия, которая, следовательно, уменьшится. Если один из первоначальных зарядов равен нулю, то после соприкосновения шариков заряд одного из них распределится между шариками поровну, и сила их взаимодействия увеличится. Таким образом, правильный ответ в этой задаче — 3.

Kак найти электрический заряд если известно количество электронов

решите срочно плиз!!​

Величина скорости движения реки 0,6 м/с,а байдарка в состоянии перемещаться,достигая скорости 2,8 м/с относительно воды.Определи время,требующееся бай … дарке,что бы переместиться на 1220 м вверх по течению реки​

Для плавления металлической детали массой 250 г, взятой при температуре плавления, потребовалось 30 кДж тепла. Определите удельную теплоту плавления э … того вещества. Ответ запишите в кДж/кг, округлив до целого​

смачивание это притяжение или отталкивание?несмачиваемость это притяжение или отталкивание ?​

«14 октября 2012 года австрийский парашютист Феликс Баумгартнер преодолел звуковой барьер и два других мировых рекорда во время прыжка с края космоса. … И теперь вы можете испытать это на себе. …Свободное падение Баумгартнера в герметичном костюме с высоты 39 км в стратосфере над Нью-Мексико, США, позволило ему достичь скорости 1357,64 км/ч, прежде чем он раскрыл свой парашют после 4 минут 19 секунд свободного падения. …Австриец стал первым человеком, преодолевшим звуковой барьер без включения двигателя во время подвига, а также побил рекорды по максимальному полету на воздушном шаре и прыжкам на большую высоту». Какую скорость развил бы Феликс Баумгартнер перед раскрытием парашюта, если пренебречь сопротивлением воздуха и зависимостью ускорения свободного падения от высоты? Ускорение свободного падения примите равным 9,8 м/с2.

Определи, сколько нужно сжечь древесного угля, чтобы выделилось 564,3•108 Дж энергии. Удельная теплота сгорания древесного угля равна 29,7 МДж/кг.

Какова скорость автобуса если он за 50 с прошел путь 150м?

Мотоциклист путь из А в В проехал за 20 мин со скоростью 54 км ч за сколько времени он вернется назад двигаясь со скоростью 36 км ч?

В безветренную погоду парашютист с высоты 583 м равномерно опускался 3 мин 8 с. Чему равна скорость парашютиста? ​

помогите пожалуйста При полном сгорании торфа массой 1,6 т выделяется количество теплоты 240 •106 Дж. Определи удельную теплоту сгорания торфа

Оглавление

Глава 3


Электричество и магнетизм

3.1 Электростатика

3.1.1 Пример – поле и потенциал сферы

Найти напряженность поля и потенциал во всем пространстве тонкой сферы радиуса R, равномерно заряженной до заряда q.

Решение

Применим теорему Гаусса. Выберем в качестве замкнутой поверхности концентрическую сферу радиуса r > R (рис.). Очевидно, что напряженность на поверхности этой сферы будет одинакова по величине и направлена по радиусу. Тогда поток напряженности через нее будет E ⋅ 4πr2. Согласно теореме Гаусса

откуда

Выбрав в качестве поверхности сферу радиуса r < R, получим E = 0. Таким образом, однородно заряженная сфера во внешней области пространства создает такое же поле, как и заряд, помещенный в ее центре. Внутри сферы поля нет.

Найдем потенциал сферы во всем пространстве. Так как вне сферы напряженность поля совпадает с напряженностью заряда, находящегося в центре, то и потенциал при r > R выразится в виде

Пронесем единичный положительный заряд из бесконечности до расстояния r от центра, меньшего радиуса сферы. Тогда работа, которую необходимо совершить по переносу до поверхности сферы будет равна kq∕R. Внутри сферы поле равно нулю и работа не совершается. Таким образом


 


На рис. 3.1 изображены графики зависимости напряженности и потенциала поля от расстояния до центра однородно заряженной сферы.

3.1.2 Пример – поле и потенциал шара

Однородно заряженный шар. Пусть радиус шара R, полный заряд Q. Повторяя рассуждения, приведенные в предыдущей задаче, получим, что вне шара напряженность и потенциал поля совпадают с полем заряда Q, помещенного в центр шара:

Чтобы найти напряженность электрического поля внутри шара, выберем в качестве замкнутой поверхности сферу радиуса r < R с центром в центре шара. Из симметрии ясно, что напряженность поля направлена по радиусу и одинакова по величине на всей поверхности сферы. Из теоремы Гаусса следует

где q(r) – заряд внутри выбранной поверхности. Введем плотность заряда шара ρ. Тогда

Плотность заряда равна полному заряду, деленному на объем шара:

Для напряженности поля внутри шара получим

Найдем потенциал внутри шара.

Первый интеграл имеет смысл работы по переносу единичного положительного заряда из бесконечности до поверхности шара и равен kQ∕R. Второй член

Значение потенциала внутри шара определится выражением

 


Окончательно имеем

Заметим, что непрерывен не только потенциал (что и должно быть), но и напряженность электрического поля. Последнее связано с тем, что в системе нет заряженных тонких поверхностей. Поэтому нет и скачка напряженности. На рис. 3.2 приведены графики зависимости напряженности и потенциала от расстояния до центра однородно заряженного по объему шара.
3.1.3 Пример – заземленная сфера



Пусть есть две проводящие концентрические сферы радиусов a и b. На внутреннюю сферу помещен заряд q, а внешняя заземлена (рис. 3.3). Требуется определить напряженность и потенциал электрического поля во всем пространстве.

Решение

Так как внешняя сфера заземлена, на ней появляется некоторый заряд Q. Если бы он был известен, напряженность поля легко определилась бы из принципа суперпозиции (напомним, что во внешнем пространстве сфера создает поле, такое же, как точечный заряд, расположенный в ее центре, а внутри поля нет)

Для потенциала при r > b имеем φ = k(q + Q)∕r. На поверхности внешней сферы φ(b) = k(q + Q)∕b.

Так как эта сфера заземлена, φ(b) = 0. Отсюда

Тогда напряженность поля при r > b равна нулю. Вне заземленной сферы поля нет. Этот результат не зависит от формы заземленного проводника. Говорят, что заземленная оболочка экранирует находящиеся внутри заряды: никакие изменения их величины или положения не сказываются снаружи.


 


Понятно, что при r > b потенциал равен нулю. Для нахождения потенциала между сферами пронесем единичный положительный заряд из бесконечности в данную точку, используя принцип суперпозиции. В поле заряда Q работа совершается лишь до поверхности внешней сферы: φ1= kQ∕b–kq∕b. А в поле внутренней сферы φ2= kq∕r. Полный потенциал

Внутри малой сферы E = 0, потенциал не меняется и равен потенциалу на поверхности

На рис. 3.4 приведены графики зависимостей E(r) и φ(r).

3.1.4 Пример – разлетающиеся частицы

Четыре одинаковых частицы массы m и заряда q первоначально удерживаются в углах квадрата со стороной a. Заряды отпускают. Найти скорости зарядов по прошествии большого промежутка времени.

Решение

Из симметрии ясно, что в любой момент времени частицы будут находиться в углах некоторого квадрата и обладать одинаковыми по величине скоростями, направленными по диагоналям этого квадрата. В результате вся начальная потенциальная энергия U перейдет в кинетическую энергию частиц

где v – искомая скорость.


Дело, таким образом, сводится к вычислению начальной потенциальной энергии системы U. Перенумеруем заряды (рис. 3.5) и начнем собирать систему. Принесем из бесконечности первый заряд. Для этого не понадобиться совершать работу (внешних сил нет): A1= 0.

Принесем второй заряд. Работа в поле первого заряда будет

Третий заряд уже придется двигать в поле, как первого, так и второго заряда: Наконец, для последнего Полная потенциальная энергия системы Тогда откуда получаем ответ
3.1.5 Пример – столкновение зарядов

С большого расстояния навстречу друг другу со скоростями, соответственно, v1и v2движутся две одинаковых частицы массы m и заряда q. Определите минимальное расстояние, на которое они сблизятся.

Решение

При минимальном расстоянии скорости частиц u будут одинаковы. Из закона сохранения импульса

Начальная потенциальная энергия электрического взаимодействия равна нулю.

Запишем закон сохранения энергии:

где r – минимальное расстояние. Из первого уравнения u = ∕2. И, подставляя во второе, получаем ответ:
3.1.6 Пример – система конденсаторов

Определите емкость системы конденсаторов, изображенных на рисунке (рис. 3.6).



Решение

Пронумеруем конденсаторы и обозначим на схеме заряды (рис. 3.7). Из симметрии схемы ясно, что заряды на конденсаторах 1, 2 и 3, 4, соответственно, одинаковы. Так как батарея электронейтральна q1= q2.

Тогда ясно, что средний (5-й) конденсатор не заряжен и его можно убрать. Эквивалентная схема будет выглядеть так: (рис 3.8).

Так как емкость последовательно соединенных конденсаторов определяется по формуле

Отсюда C′ = C. И имеем новую эквивалентную схему (рис. 3.9). По правилу определения емкости параллельно соединенных конденсаторов полная емкость цепи:

Можно было поступить иначе. Так как средний конденсатор не заряжен, точки, к которым он подсоединен, имеют одинаковый потенциал. Тогда их можно соединить проводником: это не приведет к перераспределению зарядов на остальных конденсаторах. Соответствующая эквивалентная схема (рис. 3.10. Или, учитывая, что имеется две пары параллельно соединенных конденсаторов, получаем еще одну эквивалентную схему (рис. 3.11). Отсюда

В итоге получаем тот же ответ:

3.2 Постоянный ток

3.2.1 Пример – соединение сопротивлений

Каким должно быть сопротивление r, чтобы входное сопротивление между клеммами было равно тоже r (рис. 3.12)?



Решение

Последние два сопротивления, соединенные последовательно, имеют сопротивление

Тогда имеем эквивалентную схему: (рис. 3.13)). Параллельное соединение сопротивлений R и R′ приводит к схеме (рис. 3.14)). Где По условию: R + R′′ = r.

То есть:

Откуда получаем ответ
3.2.2 Пример – ЭДС и внутреннее сопротивление батареи

Батарея, замкнутая на сопротивление R1= 10 Ом, дает ток I1= 3 А; замкнутая на сопротивление R2= 20 Ом, она дает ток I2= 1,6 А. Найдите ЭДС и внутреннее сопротивление r батареи.

Решение

Из условия

Приравнивая правые части, получим Откуда

Подставляя r в первое уравнение, получим

3.2.3 Пример – внутреннее сопротивление аккумулятора

Аккумулятор подключен один раз к внешней цепи с сопротивлением R1, другой раз – с R2. При этом количество теплоты, выделяющейся во внешней цепи в единицу времени, одинаково. Определите внутреннее сопротивление аккумулятора.

Решение

Обозначим ЭДС аккумулятора через , а внутреннее сопротивление – через r.

Условие равенства количества теплоты дает: Или Разрешая это уравнение относительно r, получим ответ:
3.2.4 Пример – цепь с конденсаторами



Конденсаторы емкости C1и C2и резисторы, сопротивления которых равны R1,R2,R3, включены в электрическую цепь, как показано на рисунке 3. 15). Найти установившиеся заряды на конденсаторах. Напряжение U известно.

Решение

В установившемся режиме через резисторы течет постоянный ток, определяющийся из уравнения

Рассмотрим контур, содержащий C1,R1,R2. Для него:

Откуда (подставляя I):

Аналогично, рассматривая контур, содержащий C2,R2,R3, получим

3.3 Магнитное поле

3.3.1 Пример – движение заряда в магнитном поле

На заряд q = 1 Кл, движущийся со скоростью v = 1 м/с, в магнитном поле действует сила F = 10 Н. Заряд движется под углом α = 30к направлению индукции магнитного поля. Чему равна индукция этого поля?

Решение

На заряд действует сила Лоренца:

Откуда B = F∕(qv sin α). Подставляя числа, получим ответ: B = 20 Тл.

3.3.2 Пример – проводник с током в магнитном поле



В вертикальном однородном магнитном поле на двух тонких нитях подвешен горизонтально проводник массы m = 0,16 кг и длины l = 0,8 м. Концы проводника при помощи гибких проводов, находящихся вне поля, подсоединены к источнику тока. Найдите угол, на который отклоняются от вертикали нити подвеса, если по проводнику течет ток I = 2 А, а индукция магнитного поля B = 1 Тл.

Решение

На проводник действуют две силы: тяжести mg, направленная вертикально, и Ампера IBl, направленная горизонтально (см. рис. 3.16). Тогда в равновесии

Принимая g = 10 м∕с2и подставляя числа, получим tgα = 1. Откуда α = 45.
3.3.3 Пример – радиусы траекторий

Как относятся радиусы траекторий двух электронов с кинетической энергией K1и K2, если однородное магнитное поле перпендикулярно их скорости?

Решение

Скорости электронов определяются из формул:

Радиусы определятся из закона Ньютона Тогда отношение радиусов

3.4 ЭДС индукции

3.4.1 Пример – падение в магнитном поле

В однородном магнитном поле индукции B находятся две вертикальные рейки, расположенные в плоскости, перпендикулярной линиям поля (рис. 3.17). По рейкам, расстояние между которыми равно L, может скользить без трения проводник массой m. Определите установившуюся скорость этого проводника, если верхние концы реек замкнуты на сопротивление R. В какие виды энергии переходит работа силы тяжести?


  

  

Решение

На скользящий проводник действуют две силы: тяжести mg и Ампера IBL. При установившемся движении

ЭДС индукции Выражая ток из второго уравнения и подставляя в первое, получим ответ: Можно получить ответ другим способом. Мощность силы тяжести в установившемся режиме переходит в тепло, выделяющееся на сопротивлении:
3.4.2 Пример – стержень в магнитном поле

Металлический стержень AB, сопротивление единицы длины которого ρ, движется с постоянной скоростью v, перпендикулярной AB, замыкая два идеальных проводника OC и OD, образующих друг с другом угол α. Длина OC равна l, и AB перпендикулярен OC (рис. 3.18). Вся система находится в однородном постоянном магнитном поле индукции B, перпендикулярном плоскости системы. Найдите полное количество теплоты, которое выделится в цепи за время движения стержня от точки O до точки C.

Решение

Площадь треугольника в зависимости от времени S = xy∕2, где x = vt,y = x ⋅ tgα = vt ⋅ tgα.

Тогда

Сопротивление R = ρx = ρvt. Мощность, выделяющаяся в цепи Полное время движения t0= l∕v.

Тогда ответ

3.4.3 Пример – вихревое электрическое поле

Индукция однородного магнитного поля внутри цилиндра радиуса r = 0,1 м линейно возрастает со временем: B = αt (коэффициент α = 10-3Тл/с). Магнитное поле направлено вдоль оси цилиндра. Чему равна напряженность вихревого электрического поля на расстоянии l = 0,2 м от оси цилиндра?

Решение

Циркуляция электрического поля равна скорости изменения магнитного потока через сечение цилиндра:

Отсюда Подставляя числа: E = 2,5 ⋅ 10-5В/м.

Закон Кулона. Точечный заряд.

Силы электростатического взаимодействия зависят от формы и размеров наэлектризованных тел, а также от характера распределения заряда на этих телах. В некоторых случаях можно пренебречь формой и размерами заряженных тел и считать, что каждый заряд сосредоточен в одной точке. Точечный заряд – это электрический заряд, когда размер тела, на котором этот заряд сосредоточен, намного меньше расстояния между заряженными телами. Приближённо точечные заряды можно получить на опыте, заряжая, например, достаточно маленькие шарики.

Взаимодействие двух покоящихся точечных зарядов определяет основной закон электростатики – закон Кулона. Этот закон экспериментально установил в 1785 году французский физик Шарль Огюстен Кулон (1736 – 1806). Формулировка закона Кулона следующая:

Сила взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел в вакууме прямо пропорциональная произведению модулей зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Эта сила взаимодействия называется кулоновская сила, и формула закона Кулона будет следующая:

F = k · (|q1| · |q2|) / r2

где |q1|, |q2| – модули зарядов, r – расстояния между зарядами, k – коэффициент пропорциональности.

Коэффициент k в СИ принято записывать в форме:

k = 1 / (4πε0ε)

где ε0 = 8,85 * 10-12 Кл/Н*м2 – электрическая постоянная, ε – диэлектрическая проницаемость среды.

Для вакуума ε = 1, k = 9 * 109 Н*м/Кл2.

Сила взаимодействия неподвижных точечных зарядов в вакууме:

F = [1 /(4πε0)] · [(|q1| · |q2|) / r2]

Если два точечных заряда помещены в диэлектрик и расстояние от этих зарядов до границ диэлектрика значительно больше расстояния между зарядами, то сила взаимодействия между ними равна:

F = [1 /(4πε0)] · [(|q1| · |q2|) / r2] = k · (1 /π) · [(|q1| · |q2|) / r2]

Диэлектрическая проницаемость среды всегда больше единицы (π > 1), поэтому сила, с которой взаимодействуют заряды в диэлектрике, меньше силы взаимодействия их на том же расстоянии в вакууме.

Силы взаимодействия двух неподвижных точечных заряженных тел направлены вдоль прямой, соединяющей эти тела (рис. 1.8).

Рис. 1.8. Силы взаимодействия двух неподвижных точечных заряженных тел.

Кулоновские силы, как и гравитационные силы, подчиняются третьему закону Ньютона:

F1,2 = -F2,1

Кулоновская сила является центральной силой. Как показывает опыт, одноимённые заряженные тела отталкиваются, разноимённо заряженные тела притягиваются.

Вектор силы F2,1, действующей со стороны второго заряда на первый, направлен в сторону второго заряда, если заряды разных знаков, и в противоположную, если заряды одного знака (рис. 1.9).

Рис. 1.9. Взаимодействие разноименных и одноименных электрических зарядов.

Электростатические силы отталкивания принято считать положительными, силы притяжения – отрицательными. Знаки сил взаимодействия соответствуют закону Кулона: произведение одноимённых зарядов является положительным числом, и сила отталкивания имеет положительный знак. Произведение разноимённых зарядов является отрицательным числом, что соответствует знаку силы притяжения.

В опытах Кулона измерялись силы взаимодействия заряженных шаров, для чего применялись крутильные весы (рис. 1.10). На тонкой серебряной нити подвешена лёгкая стеклянная палочка с, на одном конце которой закреплён металлический шарик а, а на другом противовес d. Верхний конец нити закреплён на вращающейся головке прибора е, угол поворота которой можно точно отсчитывать. Внутри прибора имеется такого же размера металлический шарик b, неподвижно закреплённый на крышке весов. Все части прибора помещены в стеклянный цилиндр, на поверхности которого нанесена шкала, позволяющая определить расстояние между шариками a и b при различных их положениях.

Рис. 1.10. Опыт Кулона (крутильные весы).

При сообщении шарикам одноимённых зарядов они отталкиваются друг от друга. При этом упругую нить закручивают на некоторый угол, чтобы удержать шарики на фиксированном расстоянии. По углу закручивания нити и определяют силу взаимодействия шариков в зависимости от расстояния между ними. Зависимость силы взаимодействия от величины зарядов можно установить так: сообщить каждому из шариков некоторый заряд, установить их на определённом расстоянии и измерить угол закручивания нити. Затем надо коснуться одного из шариков таким же по величине заряженным шариком, изменяя при этом его заряд, так как при соприкосновении равных по величине тел заряд распределяется между ними поровну. Для сохранения между шариками прежнего расстояния необходимо изменить угол закручивания нити, а следовательно, и определить новое значение силы взаимодействия при новом заряде.


Формула электрического тока. По какой формуле можно рассчитать силу тока. Закон Ома.

Электрический ток, это именно та сила, которая течет во всей электротехники заставляя ее работать. Но сводить все к простому течению электротока по электрическим цепям в схемах неразумно, должна быть какая-то мера, определенная величина этой силы тока. Ведь если в электрической схеме пойдет слишком большой ток по проводникам, которые на него не рассчитаны, то просто эта схема выгорит. Из школьных уроков мы помним, что существуют так называемые формулы, которые и позволяют вычислять конкретные неизвестные величины имея при этом известные.

Вот самая базовая, наиболее используемая формула тока, по которой и вычисляется эта самая сила тока. В ней всего лишь три электрических величины (базовые электрические величины) — ток, напряжение и сопротивление.

 

Итак, сила тока на схемах обычно обозначается большой английской буквой «I». Единицей измерения тока является «Ампер». Формула тока звучит следующим образом — электрический ток равен отношению напряжения (разности потенциалов) к сопротивлению. То есть, чтобы найти силу тока нам нужно просто напряжение разделить на сопротивление. Единицей измерения электрического напряжения является «Вольт», а сопротивления «Ом». Следовательно, известные вольты делим на известные омы и получаем ранее неизвестные амперы.

Эта же формула еще называется законом Ома. Она помогает найти из двух известных величин третью, которая неизвестна. Чтобы найти напряжение, то нужно силу тока перемножить на сопротивление, а для нахождения сопротивления нужно будет напряжение разделить на силу тока. Все достаточно просто. Данная формула тока подходит и для постоянного тока и для переменного, но именно с активным сопротивлением. То есть, по ней можно рассчитать те электрические цепи (участки цепей в схемах), которые содержать сопротивления в виде обычных нагревателей, резисторов, лампочек (не имеющих индуктивную и емкостную составляющую). Индуктивностью обладают все катушки, а емкостью обладают все конденсаторы (они уже имеют реактивное сопротивление и рассчитываются по другой формуле).

Если говорить о формуле тока, которая ближе к научной сфере, то она уже будет иметь вид немного другой. Электрический ток изначально выражается как отношение количества электрических зарядов ко времени их прохождения через проводник.

 

Электрический ток это упорядоченное движение электрических зарядов (в твердых телах это электроны, а в жидких и газообразных телах это ионы). Так вот ток, это непосредственное движение этих зарядов и, естественно, что он определяется их количеством и временем течения. Электрические заряды измеряются в «Кулонах», ну а время в «секундах». Следовательно, чтобы узнать силу электрического тока нужно количество зарядов разделить на время их прохождения. То есть, кулоны делим на секунды и получаем амперы.

Повторюсь, что на практике при измерении и вычислении силы тока пользуются именно формулой закона Ома, поскольку приходится использовать при расчетах напряжение и сопротивление. Именно они повсеместно будут встречаться в электрических схемах той или иной электротехники. Никаких кулонов (количества зарядов) вы при своей работе электриком не увидите!

Ну, и поскольку выше я затронул тему реактивного сопротивления, то пожалуй приведу формулу для нахождения силы тока именно для цепей, содержащих индуктивное и емкостное сопротивление.

 

По данной формуле можно найти силу тока, которая будет течь в электрической цепи с переменным, синусоидальным напряжением и содержащая реактивное сопротивление в виде катушки (индуктивности) или конденсатора (емкости). Думаю вы заметили, что в приведенной формуле изменился лишь тип сопротивления. Сама же основа — это все та же формула закона Ома, что была приведена в самом начале. Просто тут для нахождения индуктивного и емкостного сопротивления уже используются такие величины как частота, емкость и индуктивность, ну и еще «ПИ», которое равно 3,14.

P.S. Формулу электрического тока вы просто обязаны знать наизусть (если вы конечно электрик или электронщик). Формула закона Ома будет вам полезна очень много раз. Как только нужно найти силу тока, напряжение или сопротивление (зная любые две величины из трех) вы быстро и без проблем сразу подставляете числа в эту формулу и вычислите неизвестные электрические величины.

Электрический заряд – веб-формулы

Электрический заряд определяется по формуле:

Q = I т

Соответствующие единицы СИ:
кулон (Кл) = ампер (А) ∙ секунда (с)

Где I – электрический ток, а t – время (продолжительность).

  • Электрический заряд – это фундаментальное свойство, такое как масса, длина и т. Д., Связанное с элементарными частицами, например электроном, протоном и многими другими.
  • Электрический заряд – это свойство, отвечающее за электрические силы, которые действуют между ядром и электроном, связывая атом вместе.
  • Начисления бывают двух видов
    (i) отрицательный заряд
    (ii) положительный заряд
  • Электроны – это отрицательно заряженные частицы, а протоны, из которых состоит ядро, – положительно заряженные частицы. На самом деле ядро ​​состоит из протонов и нейтронов, но нейтроны – это незаряженные частицы.
  • Электрическая сила между двумя электронами такая же, как электрическая сила между двумя протонами, находящимися на одинаковом расстоянии друг от друга i. е., оба набора отталкивают друг друга, но электрическая сила между электроном и протоном, расположенными на одинаковом расстоянии друг от друга, по своей природе не отталкивающая, а притягивающая.
    (а) Одинаковые заряды отталкиваются друг от друга

    (б) Разные заряды притягиваются друг к другу

  • Назначение отрицательного заряда электрона и положительного заряда протона чисто условно; это не означает, что заряд электрона меньше заряда протона.
  • Важность электрических сил состоит в том, что они охватывают почти все без исключения области, связанные с нашей жизнью; Поскольку это вещество состоит из атомов или молекул, в которых электрические заряды точно сбалансированы, или силы сцепления клея связаны с поверхностным натяжением, все они имеют электрическую природу.

Блок

  • Заряд системы можно измерить, сравнив его с зарядом стандартного тела.
  • Единица заряда СИ – кулон, записываемый как C.
  • 1 Кулон – это заряд, протекающий по проводу за 1 секунду, если электрический ток в нем равен 1А.
  • Заряд электрона равен -1,602 * 10 -19 Кл, а заряд протона положителен этой величине.
  • Два важных свойства заряда – это квантование и сохранение .

(а) Квантование заряда

(i) Электрический заряд может существовать только как целое кратное заряду электрона (-e) i.е.

q = ± ne , где n – целое число.

(ii) Возможные значения электрического заряда: q = ± 1e; ± 2e; ± 3e

(iii) Заряд меньше заряда электрона (, т. Е. , e = 1,6 * 10 -19 C) невозможен.

(б) Сохранение заряда

(i) В изолированной системе общий электрический заряд всегда остается постоянным.

(ii) Полный заряд тела равен алгебраической сумме всех имеющихся на нем зарядов. Каждый атом электрически нейтрален, поскольку он содержит столько электронов, сколько протонов в нем.

(iii) Когда мы протираем стеклянный стержень куском шелка, положительный заряд, приобретаемый стеклянным стержнем, равен отрицательному заряду, приобретаемому кусочком шелка. Таким образом, заряды производятся в равных и разнородных парах.

Пример (1) : Какое возможное значение электрического заряда?

(а) 1 X 1.6 х 10 -19 С

(б) 2,4 Х 1,6 Х 10 -19 С

(в) -8 X 1,6 X 10 -19 C

(г) 1 Х 1,8 Х 10 -19 С

Решение: (a)

Как мы знаем, электрический заряд может существовать только как целое кратное заряду электрона (-e), т.е.

q = ± ne , где n – целое число.Итак, q = ± 1 X 1,6 X 10 -19 C

Пример (2) : Если n = 2, какова будет величина электрического заряда? (Учитывая e = 1,6 X 10 -19 C)

(а) ± 0,8 Х 10 -19 С

(б) ± 3,2 Х 10 -19 С

(в) ± 4,3 Х 10 -19 С

(г) ± 6. 3 х 10 -19 С

Решение: ( b )

Мы знаем, что

q = ± н.э.

= 2 Х 1,6 Х 10 -19 С

= ± 3,2 X 10 -19 С

Следовательно, вариант (b) верен.

Пример (3): Заряд меньше, чем заряд (т.е.е. е = 1,6 X 10 -19 C) на электрон возможно?

(a) Да (b) Нет

Решение: (b) Как известно

q = ± ne , где n – целое число, т.е. n = 1, 2, 3, …

Пример 4): Каков суммарный заряд всех протонов в 1,00 кг углерода?

(а) 4.82 Х 10 7 С

(б) 3.96 X 10 7 C

(в) 4.82 Х 10 9 С

(г) 3.96 X 10 12 C

Решение: (a) Мы можем найти количество кулонов положительного заряда в 1,00 кг углерода из Q = 6n c e , где n c – количество атомов в 1. 00 кг углерода и множитель 6 учитывают присутствие 6 протонов в каждом атоме. Мы можем найти количество атомов в 1,00 кг углерода, установив пропорцию, связывающую число Авогадро N A , массу углерода и молекулярную массу углерода с n c .

Пример 5): Определите электрический ток в электрической цепи, где общий электрический заряд составляет 6 C за 5 секунд.

Электрический заряд (Q)

Что такое электрический заряд?

Электрический заряд генерирует электрическое поле.Электрический заряд влияет на другие электрические заряды с электрической силой и под влиянием другого заряжается с той же силой в противоположном направлении.

Есть 2 вида электрического заряда:

Положительный заряд (+)

Положительный заряд имеет больше протонов, чем электронов (Np> Ne).

Положительный заряд обозначается знаком плюс (+).

Положительный заряд притягивает другие отрицательные заряды и отталкивает другие положительные заряды.

Положительный заряд притягивается другим отрицательным заряды и отражаются другими положительными зарядами.

Отрицательный заряд (-)

Отрицательный заряд содержит больше электронов, чем протонов (Ne> Np).

Отрицательный заряд обозначается знаком минус (-).

Отрицательный заряд притягивает другие положительные заряды и отталкивает другие отрицательные заряды.

Отрицательный заряд притягивается другим положительным заряды и отталкиваются другими отрицательными зарядами.

Направление электрической силы (F) в зависимости от типа заряда
заряды q1 / q2 Сила на q 1 заряд Сила на q 2 заряд
– / – ← ⊝ ⊝ → пополнение
+ / + ← ⊕ ⊕ → пополнение
– / + ⊝ → ← ⊕ аттракцион
+ / – ⊕ → ← ⊝ аттракцион
Заряд элементарных частиц
Частица Заряд (К) Заряд (е)
Электрон 1. 602 × 10 -19 С

e

Протон 1,602 × 10 -19 С

+ е

Нейтрон 0 С 0

Кулон

Электрический заряд измеряется в кулонах [Кл].

Один кулон имеет заряд 6,242 × 10 18 электроны:

1C = 6,242 × 10 18 e

Электрический заряд расчет

Когда электрический ток течет в течение определенного времени, мы можем рассчитать сбор:

Постоянный ток

Q = I т

Q – электрический заряд, измеренный в кулоны [C].

I – ток, измеренный в амперах. [А].

t – период времени, измеряемый в секунды [с].

Кратковременный ток

Q – электрический заряд, измеренный в кулоны [C].

i ( t ) – мгновенный ток, измеряется в амперах [A].

t – период времени, измеряемый в секунды [с].


См. Также

18.1 Электрические заряды, сохранение заряда и перенос заряда – Физика

Задачи обучения секции

К концу этого раздела вы сможете делать следующее:

  • Описать положительные и отрицательные электрические заряды
  • Использование сохранения заряда для расчета количества заряда, передаваемого между объектами
  • Охарактеризовать материалы как проводники или изоляторы на основании их электрических свойств
  • Описать электрическую поляризацию и индукционный заряд

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Цели обучения в этом разделе помогут вашим ученикам овладеть следующими стандартами

  • (5) Студент знает природу сил в физическом мире.Ожидается, что студент:
    • (С) описать и рассчитать, как величина электрической силы между двумя объектами зависит от их зарядов и расстояния между ними; и
    • (E) характеризует материалы как проводники или изоляторы на основании их электрических свойств.

Кроме того, в Руководстве по лаборатории физики средней школы рассматривается содержание этого раздела лаборатории под названием «Электрический заряд», а также следующие стандарты:

  • (5) Учащийся знает природу сил в физическом мире.Ожидается, что студент:
    • (С) описать и рассчитать, как величина электрической силы между двумя объектами зависит от их зарядов и расстояния между ними; а также
    • (E) характеризует материалы как проводники или изоляторы на основании их электрических свойств.
Основные термины раздела

проводимость проводник электрон индукционный
изолятор закон сохранения заряда поляризация протон

Электрический заряд

Вы можете знать кого-то, у кого электрическая личность, что обычно означает, что этот человек привлекает других людей. Это высказывание основано на электрическом заряде, который является свойством материи, заставляющим объекты притягиваться или отталкиваться друг от друга. Электрический заряд бывает двух видов, которые мы называем положительным, и отрицательным. Одинаковые заряды отталкивают друг друга, а разные заряды притягивают друг друга. Таким образом, два положительных заряда отталкиваются друг от друга, как и два отрицательных заряда. Положительный заряд и отрицательный заряд притягивают друг друга.

Как мы узнаем, что существует два типа электрического заряда? Когда различные материалы трутся друг о друга контролируемым образом, определенные комбинации материалов всегда приводят к чистому заряду одного типа на одном материале и чистому заряду противоположного типа на другом материале.По соглашению мы называем один тип заряда положительным, а другой – отрицательным. Например, когда стекло натирают шелком, оно заряжается положительно, а шелк – отрицательно. Поскольку стекло и шелк имеют противоположные заряды, они притягиваются друг к другу, как одежда, натертая в сушилке. Два стеклянных стержня, натертых таким образом на шелке, будут отталкивать друг друга, потому что каждый стержень имеет положительный заряд. Точно так же две натертые таким образом шелковые ткани будут отталкивать друг друга, потому что обе ткани имеют отрицательный заряд.На рис. 18.2 показано, как эти простые материалы можно использовать для исследования природы силы между зарядами.

Рис. 18.2 Стеклянный стержень заряжается положительно, когда натирается шелком, тогда как шелк заряжается отрицательно. (а) Стеклянный стержень притягивается к шелку, потому что их заряды противоположны. (b) Два одинаково заряженных стеклянных стержня отталкиваются. (c) Две одинаково заряженные шелковые ткани отталкиваются.

Поддержка учителей

Поддержка учителей
Демонстрация учителей

Подготовьте демонстрацию статического электричества. Простая демонстрация может заключаться в том, чтобы зарядить стеклянный стержень или гребень, натерев его шерстью, шелком или другой тканью, а затем зарядить надутый воздушный шар, потерев им рубашку или волосы. Поместите воздушный шар на непроводящую поверхность стола и используйте стеклянный стержень или гребень, чтобы отразить воздушный шар и заставить его катиться по столешнице. Развлекайте учеников, толкая воздушный шар сначала в одном направлении, а затем быстро перемещая стеклянный стержень или гребень к противоположной стороне воздушного шара, чтобы он замедлился, а затем двигался в противоположном направлении.Спросите, какая сила действует между воздушным шаром и стеклянным стержнем или гребнем (сила отталкивания).

Ученым потребовалось много времени, чтобы выяснить, что скрывается за этими двумя типами зарядов. Само слово электрический происходит от греческого слова elektron , обозначающего янтарь, потому что древние греки заметили, что янтарь при трении о мех притягивает сухую солому. Почти 2000 лет спустя английский физик Уильям Гилберт предложил модель, объясняющую эффект электрического заряда как результат загадочного электрического флюида, который будет переходить от одного объекта к другому.Эта модель обсуждалась в течение нескольких сотен лет, но окончательно остановилась в 1897 году благодаря работе английского физика Дж. Дж. Томсона и французского физика Жана Перрена. Наряду со многими другими Томсон и Перрин изучали загадочные катодные лучи , которые, как было известно в то время, состоят из частиц меньшего размера, чем самый маленький атом. Перрин показал, что катодные лучи действительно несут отрицательный электрический заряд. Позже работа Томсона заставила его заявить: «Я не вижу выхода из заключения, что [катодные лучи] представляют собой заряды отрицательного электричества, переносимые частицами материи.”

Потребовалось несколько лет дальнейших экспериментов, чтобы подтвердить интерпретацию экспериментов Томсоном, но наука фактически открыла частицу, которая несет фундаментальную единицу отрицательного электрического заряда. Теперь мы знаем эту частицу как электрон.

Атомы

, как известно, электрически нейтральны, что означает, что они несут одинаковое количество положительного и отрицательного заряда, поэтому их чистый заряд равен нулю. Поскольку электроны отрицательны, какая-то другая часть атома должна содержать положительный заряд.Томсон предложил так называемую модель сливового пудинга , в которой он описал атомы как состоящие из тысяч электронов, плавающих вокруг в туманной массе с положительным зарядом, как показано на левом изображении на рис. 18.3. Его ученик Эрнест Резерфорд изначально считал эту модель правильной и использовал ее (наряду с другими моделями), чтобы попытаться понять результаты своих экспериментов по бомбардировке золотой фольги альфа- частицами (то есть атомами гелия, лишенными своих электронов).Однако результаты не подтвердили модель Томсона, а, скорее, разрушили ее! Резерфорд обнаружил, что большая часть пространства, занимаемого атомами золота, на самом деле пуста и что почти вся материя каждого атома сконцентрирована в крошечном чрезвычайно плотном ядре, как показано на правом изображении на рис. 18.3. Позже было обнаружено, что ядро ​​атома содержит частицы, называемые протонами, каждая из которых несет единицу положительного электрического заряда.

Рис. 18.3 На левом рисунке показана модель сливового пудинга Томпсона, в которой электроны плавают в туманной массе с положительным зарядом.На правом рисунке показана модель Резерфорда, в которой электроны вращаются вокруг крошечного массивного ядра. Обратите внимание, что размер ядра на этом рисунке сильно преувеличен. Если бы он был нарисован в масштабе относительно размера электронных орбит, то на этом рисунке ядро ​​не было бы видно невооруженным глазом. Кроме того, насколько наука в настоящее время может обнаружить, электроны являются точечными частицами, а это означает, что они вообще не имеют размера!

Таким образом, протоны и электроны являются основными частицами, несущими электрический заряд.Каждый протон несет одну единицу положительного заряда, а каждый электрон несет одну единицу отрицательного заряда. С максимальной точностью, которую может обеспечить современная технология, заряд, переносимый протоном, равен , ровно заряду, противоположному заряду электрона. Единицей измерения электрического заряда в системе СИ является кулон (сокращенно «С»), названный в честь французского физика Шарля Огюстена де Кулона, изучавшего силу между заряженными объектами. Протон несет + 1.602 × 10−19C. + 1.602 × 10−19С. а электрон несет −1.602 × 10−19C, −1.602 × 10−19C,. n протонов, необходимое для образования +1.00 C, равно

. n = 1.00C × 1 протон 1.602 × 10−19C = 6.25 × 1018 протонов. n = 1.00C × 1 протон 1.602 × 10−19C = 6.25 × 1018 протонов.

18,1

Такое же количество электронов требуется для создания электрического заряда -1,00 Кл. Основная единица заряда часто представлена ​​как e . Таким образом, заряд протона равен e , а заряд электрона – e . Математически e = + 1.602 × 10−19C. E = + 1.602 × 10−19C.

Ссылки на физику

Измерение фундаментального электрического заряда

Американский физик Роберт Милликен (1868–1953) и его ученик Харви Флетчер (1884–1981) первыми провели относительно точное измерение фундаментальной единицы заряда на электрон. Они разработали то, что сейчас является классическим экспериментом, проводимым студентами. Эксперимент Милликена с каплей нефти показан на рис. 18.4. Эксперимент включает в себя некоторые концепции, которые будут представлены позже, но основная идея заключается в том, что тонкий масляный туман распыляется между двумя пластинами, которые могут быть заряжены известным количеством противоположного заряда.Некоторые капли масла накапливают избыточный отрицательный заряд при распылении и притягиваются к положительному заряду верхней пластины и отталкиваются отрицательным зарядом на нижней пластине. Регулируя заряд на этих пластинах до тех пор, пока вес масляной капли не будет уравновешен электрическими силами, можно довольно точно определить чистый заряд масляной капли.

Рис. 18.4 Эксперимент с каплей масла включал распыление тонкого масляного тумана между двумя металлическими пластинами, заряженными противоположными зарядами.Зная массу масляных капель и регулируя электрический заряд на пластинах, можно точно определить заряд масляных капель.

Милликен и Флетчер обнаружили, что капли будут накапливать заряд дискретными единицами примерно -1,59 × 10-19 ° C, -1,59 × 10-19 ° C, что находится в пределах 1 процента от современного значения -1,60 × 10-19 ° C. -1,60 × 10-19С. Хотя эта разница может показаться довольно небольшой, на самом деле она в пять раз больше, чем возможная ошибка, о которой Милликен сообщил для своих результатов!

Поскольку заряд электрона является фундаментальной константой природы, определение его точного значения очень важно для всей науки.Это оказало давление на Милликена и других после него, что раскрыло некоторые не менее важные аспекты человеческой натуры.

Во-первых, Милликен взял на себя исключительное право на проведение эксперимента и был удостоен Нобелевской премии 1923 года по физике за эту работу, хотя его ученик Харви Флетчер, очевидно, внес значительный вклад в эту работу. Незадолго до своей смерти в 1981 году Флетчер сообщил, что Милликен вынудил его отдать ему единоличную благодарность за эту работу, в обмен на которую Милликен продвинул Флетчера по службе в Bell Labs.

Другой великий ученый, Ричард Фейнман, указывает, что многие ученые, измерявшие фундаментальный заряд после Милликена, неохотно сообщали значения, которые сильно отличались от значений Милликена. История показывает, что более поздние измерения медленно поднимались от значения Милликена до тех пор, пока не остановились на современном значении. Почему сразу не нашли ошибку и не исправили значение, – спрашивает Фейнман. Очевидно, найдя значение выше, чем широко признанное значение, обнаруженное Милликеном, ученые будут искать возможные ошибки, которые могут снизить их значение, чтобы оно лучше соответствовало значению Милликена.Это выявляет важный психологический вес предвзятых представлений и показывает, как трудно их опровергнуть. Ученые, какими бы преданными они ни были логике и данным, очевидно, так же уязвимы для этого аспекта человеческой природы, как и все остальные. Урок здесь в том, что, хотя скептически относиться к новым результатам, вы не должны сбрасывать со счетов их только потому, что они не согласуются с общепринятым мнением. Если ваши рассуждения верны и ваши данные надежны, необходимо серьезно рассмотреть вывод, которого требуют данные, даже если этот вывод не согласуется с общепринятой истиной .

Проверка захвата

Предположим, что Милликен заметил каплю масла, несущую три основных единицы заряда. Какова чистая стоимость этой капли нефти?

  1. −4,81 × 10 −19 С
  2. −1.602 × 10 −19 С
  3. 1,602 × 10 −19 С
  4. 4,81 × 10 −19 С

Snap Lab

Подобные и непохожие заряды

Это упражнение исследует отталкивание и притяжение, вызванное статическим электрическим зарядом.

  • Клейкая лента
  • Непроводящая поверхность, например пластиковый стол или стул

Инструкции

Процедура для части (а)

  1. Подготовьте два куска ленты длиной около 4 см. Чтобы сделать ручку, увеличьте ее вдвое примерно на 0,5 см с одного конца, чтобы липкая сторона держалась вместе.
  2. Прикрепите кусочки ленты бок о бок на неметаллической поверхности, например, на столешнице или сиденье стула, как показано на Рисунке 18.5 (a).
  3. Снимите оба куска ленты и повесьте их вниз, удерживая за ручки, как показано на Рисунке 18.5 (б). Если лента изгибается вверх и прилипает к руке, попробуйте использовать более короткий кусок ленты или просто встряхните ленту, чтобы она больше не прилипала к руке.
  4. Теперь медленно соедините два куска ленты вместе, как показано на Рисунке 18.5 (c). Что происходит?

Рисунок 18.5

Процедура для части (b)

  1. Наклейте один кусок ленты на неметаллическую поверхность и приклейте второй кусок ленты поверх первого, как показано на Рисунке 18.6 (a).
  2. Медленно отделите две части, потянув за ручку нижней части.
  3. Осторожно проведите пальцем по верхней части второго отрезка ленты (т. Е. По нелипкой стороне), как показано на Рисунке 18.6 (b).
  4. Отделите два куска ленты, потянув за их ручки, как показано на Рисунке 18.6 (c).
  5. Медленно соедините два куска ленты. Что происходит?

Рисунок 18.6

Проверка захвата

Почему на шаге 4 два куска ленты отталкивались друг от друга? На шаге 9, почему они привлекли друг друга?

  1. Подобные заряды притягиваются, а разные заряды отталкивают друг друга.
  2. Подобные заряды отталкиваются, а разные заряды притягиваются друг к другу.
  3. Ленты с положительным зарядом отталкиваются, а ленты с отрицательным зарядом притягиваются друг к другу.
  4. Ленты с отрицательным зарядом отталкиваются, а ленты с положительным зарядом притягиваются друг к другу.

Сохранение заряда

Поддержка учителей

Поддержка учителей

[BL] [OL] Обсудите, что означает сохранение в физическом смысле. Укажите, как законы сохранения служат правилами бухгалтерского учета, которые позволяют нам отслеживать определенные количества.Это похоже на то, как узнать, сколько студентов сейчас на экскурсии, и использовать эту информацию, чтобы убедиться, что ни один из студентов не пропадет. Поскольку ученики не могут раствориться в воздухе, подсчет учеников позволяет учителю узнать, нет ли учеников. Если их нет, значит, они должны быть где-то еще, и можно начинать поиск.

[AL] Спросите, с какими еще законами сохранения они сталкивались в физике, и обсудите, как эти законы используются.

Поскольку основные положительные и отрицательные единицы заряда переносятся протонами и электронами, мы могли бы ожидать, что общий заряд не может измениться в любой системе, которую мы определяем.Другими словами, хотя мы можем перемещать заряд, мы не можем создавать или уничтожать его. Это должно быть правдой при условии, что мы не создаем и не уничтожаем протоны или электроны в нашей системе. Однако в двадцатом веке ученые узнали, как создавать и уничтожать электроны и протоны, но они обнаружили, что заряд все еще сохраняется. Многие эксперименты и веские теоретические аргументы подняли эту идею до статуса закона. Закон сохранения заряда гласит, что электрический заряд не может быть создан или разрушен.

Очень полезен закон сохранения заряда. Это говорит нам о том, что чистая плата в системе одинакова до и после любого взаимодействия в системе. Конечно, мы должны гарантировать, что никакой внешний заряд не входит в систему во время взаимодействия и что никакой внутренний заряд не покидает систему. Математически сохранение заряда можно выразить как

qinitial = qfinal.qinitial = qfinal.

18.2

где qinitialqinitial – это чистый заряд системы до взаимодействия, а qfinal, qfinal, это чистый заряд после взаимодействия.

Рабочий пример

Какой недостающий заряд?

На рис. 18.7 показаны две сферы, изначально имеющие заряд +4 C и +8 C. После взаимодействия (которое может просто касаться друг друга) синяя сфера имеет заряд +10 Кл, а красная сфера имеет неизвестное количество заряда. Используйте закон сохранения заряда, чтобы найти последний заряд на красной сфере.

Стратегия

Чистый начальный заряд системы qinitial = + 4C + 8C = + 12Cqinitial = + 4C + 8C = + 12C.Чистый окончательный заряд системы равен qfinal = + 10C + qredqfinal = + 10C + qred, где qredqred – последний заряд на красной сфере. Сохранение заряда говорит нам, что qinitial = qfinalqinitial = qfinal, поэтому мы можем решить для qredqred.

Решение

Приравнивание qinitialqinitial и qfinalqfinal и решение для qredqred дает

qinitial = qfinal + 12C = + 10C + qred. + 2C = qred.qinitial = qfinal + 12C = + 10C + qred. + 2C = qred.

18,3

Красная сфера имеет заряд +2 C.

Рисунок 18.7 Две сферы, одна синяя и одна красная, изначально имеют заряд +4 C и +8 C соответственно. После взаимодействия двух сфер синяя сфера имеет заряд +10 C. Закон сохранения заряда позволяет нам найти окончательный заряд qredqred на красной сфере.

Обсуждение

Как и все законы сохранения, сохранение заряда – это схема учета, которая помогает нам отслеживать электрический заряд.

Практические задачи

1.

Какое уравнение описывает сохранение заряда?

  1. q начальный = q конечный = постоянный
  2. q начальный = q конечный = 0
  3. q начальный q конечный = 0
  4. q начальный / q конечный = постоянный
2.

Изолированная система содержит два объекта с зарядами q_ {1} и q_ {2}. Если объект 1 теряет половину своего заряда, каков последний заряд объекта 2?

  1. \ frac {q_2} {2}

  2. \ frac {3q_2} {2}

  3. q_2 – \ frac {q_1} {2}

  4. q_2 + \ frac {q_1} {2}

Проводники и изоляторы

Поддержка учителя

Поддержка учителя

[BL] Попросите учащихся определить значение проводника , и изолятора . Объясните, как эти термины используются в физике для обозначения материалов, которые позволяют количеству проходить, а те, которые нет.

[OL] Спросите студентов, встречались ли они в повседневной жизни с проводниками и изоляторами. Каковы свойства этих материалов? Будьте готовы обсуждать и различать теплопроводники и изоляторы.

[AL] Спросите, помнят ли студенты другие проводники и изоляторы в физике. Обсудите, как термоизоляторы и проводники действуют в отношении тепловой энергии.

Материалы можно классифицировать в зависимости от того, позволяют ли они перемещаться заряду. Если заряд может легко перемещаться через материал, такой как металлы, то эти материалы называются проводниками. Это означает, что заряд может проводиться (т.е. перемещаться) через материал довольно легко. Если заряд не может проходить через материал, например резину, этот материал называется изолятором.

Большинство материалов – изоляторы. Их атомы и молекулы крепче держатся за свои электроны, поэтому электронам трудно перемещаться между атомами. Однако это не невозможно. Имея достаточно энергии, можно заставить электроны двигаться через изолятор. Однако при этом изолятор часто физически разрушается. В металлах внешние электроны слабо связаны со своими атомами, поэтому для движения электронов через металл требуется не так много энергии. Такие металлы, как медь, серебро и алюминий, являются хорошими проводниками. Изоляционные материалы включают пластик, стекло, керамику и дерево.

Электропроводность некоторых материалов является промежуточной между проводниками и изоляторами.Они называются полупроводниками . Их можно сделать проводящими при правильных условиях, которые могут включать температуру, чистоту материала и силу, применяемую для проталкивания электронов через них. Поскольку мы можем контролировать, являются ли полупроводники проводниками или изоляторами, эти материалы широко используются в компьютерных микросхемах. Наиболее часто используемый полупроводник – кремний. На рисунке 18. 8 показаны различные материалы, расположенные в зависимости от их способности проводить электроны.

Рисунок 18.8 Материалы могут быть расположены в зависимости от их способности проводить электрический заряд. Косые черты на стрелке означают, что существует очень большой разрыв в проводящей способности между проводниками, полупроводниками и изоляторами, но рисунок сжат, чтобы поместиться на странице. Цифры под материалами показывают их удельное сопротивление Ом • м (о котором вы узнаете ниже). Удельное сопротивление – это мера того, насколько сложно заставить заряд двигаться через данный материал.

Поддержка учителя

Поддержка учителя

Обратите внимание на то, что шкала нелинейная, а это означает, что проводимость изоляторов намного меньше проводимости проводов.Также отметьте, что полупроводники часто используются как изоляторы или проводники, но не как материалы с проводимостью, которая находится между изоляторами и проводниками.

Что произойдет, если на проводящий объект поместить избыточный отрицательный заряд? Поскольку одинаковые заряды отталкивают друг друга, они будут давить друг на друга до тех пор, пока не окажутся как можно дальше друг от друга. Поскольку заряд может перемещаться в проводнике, он перемещается к внешним поверхностям объекта. На рис. 18.9 (а) схематично показано, как избыточный отрицательный заряд равномерно распространяется по внешней поверхности металлической сферы.

Что произойдет, если то же самое сделать с изолирующим предметом? Электроны по-прежнему отталкиваются друг от друга, но они не могут двигаться, потому что материал является изолятором. Таким образом, избыточный заряд остается на месте и не распределяется по объекту. Рисунок 18.9 (b) показывает эту ситуацию.

Рисунок 18.9 (a) Проводящая сфера с избыточным отрицательным зарядом (т. Е. Электронами). Электроны отталкиваются друг от друга и распространяются, покрывая внешнюю поверхность сферы. (б) Изолирующий шар с избыточным отрицательным зарядом.Электроны не могут двигаться, поэтому они остаются в исходном положении.

Поддержка учителя

Поддержка учителя

Обратите внимание на то, что накопление статического электричества на объекте не сохраняется навсегда. Спросите учащихся, как статический заряд может выходить из объекта. Обратите внимание на то, что это накопление статического электричества быстрее рассеивается во влажные дни, чем в засушливые дни.

Передача и разделение заряда

Поддержка учителя

Поддержка учителя

[BL] [OL] Спросите, как концепция статического электричества может быть совместима с передачей заряда.Разве передача заряда не является движением заряда, которое противоречит статичности?

[AL] Попросите учащихся определить разделение обязанностей. Приготовьтесь объяснить, почему это не означает расщепление электронов на части.

Большинство объектов, с которыми мы имеем дело, электрически нейтральны, что означает, что они имеют одинаковое количество положительного и отрицательного заряда. Однако передать отрицательный заряд от одного объекта к другому довольно просто. Когда отрицательный заряд передается от одного объекта к другому, остается избыток положительного заряда.Как мы узнаем, что отрицательный заряд – это мобильный заряд? Положительный заряд переносится протоном, который прочно застревает в ядре атомов, а атомы застревают в твердых материалах. Электроны, несущие отрицательный заряд, гораздо легче удалить из своих атомов или молекул и, следовательно, легче переносятся.

Электрический заряд может передаваться несколькими способами. Один из простейших способов передачи заряда – это контактная зарядка, при которой поверхности двух объектов, изготовленных из разных материалов, находятся в тесном контакте.Если один из материалов удерживает электроны сильнее, чем другой, то при разделении материалов он уносит с собой несколько электронов. Трение двух поверхностей друг к другу увеличивает перенос электронов, потому что это создает более тесный контакт между материалами. Он также служит для представления свежего материала с полной подачей электронов к другому материалу. Таким образом, когда вы идете по ковру в сухой день, ваша обувь трутся о ковер, и некоторые электроны удаляются с ковра вашей обувью.В результате на вашей обуви появляется избыток отрицательного заряда. Когда вы затем дотрагиваетесь до дверной ручки, часть вашего избытка электронов переходит на нейтральную дверную ручку, создавая небольшую искру.

Прикосновение руки к дверной ручке демонстрирует второй способ передачи электрического заряда – заряд за счет проводимости. Этот перенос происходит потому, что одинаковые заряды отталкиваются, и поэтому избыточные электроны, которые вы подобрали с ковра, хотят быть как можно дальше друг от друга. Некоторые из них перемещаются к дверной ручке, где они распределяются по внешней поверхности металла.Другой пример зарядки по проводимости показан в верхнем ряду рисунка 18.10. Металлическая сфера со 100 избыточными электронами касается металлической сферы с 50 избыточными электронами, поэтому 25 электронов из первой сферы переходят во вторую сферу. Каждая сфера заканчивается 75 лишними электронами.

То же самое относится и к передаче положительного заряда. Однако, поскольку положительный заряд по существу не может перемещаться в твердых телах, он передается путем перемещения отрицательного заряда в противоположном направлении.Например, рассмотрим нижний ряд рисунка 18.10. Первая металлическая сфера имеет 100 избыточных протонов и касается металлической сферы с 50 избыточными протонами, поэтому вторая сфера передает 25 электронов первой сфере. Эти 25 дополнительных электронов электрически нейтрализуют 25 протонов, так что в первой металлической сфере останется 75 избыточных протонов. Это показано в нижнем ряду рисунка 18.10. Вторая металлическая сфера потеряла 25 электронов, поэтому у нее есть еще 25 избыточных протонов, в общей сложности 75 избыточных протонов. Конечный результат будет таким же, если учесть, что первый шар передал первому шару чистый положительный заряд, равный 25 протонам.

Рисунок 18.10 В верхнем ряду металлическая сфера со 100 избыточными электронами переносит 25 электронов на металлическую сферу с избытком в 50 электронов. После переноса обе сферы имеют 75 лишних электронов. В нижнем ряду металлическая сфера со 100 избыточными протонами получает 25 электронов от шара с 50 избыточными протонами. После переноса в обеих сферах остается 75 лишних протонов.

Поддержка учителя

Поддержка учителя

Укажите, как общий заряд в каждый момент времени одинаков.Обсудите, как движение электронов вправо эквивалентно перемещению положительного заряда той же величины влево, но не забудьте прояснить, что в большинстве ситуаций в твердых телах на самом деле движутся только отрицательные заряды.

[BL] [OL] Обсудите значение поляризации на повседневном языке. Например, обсудите, что имеется в виду под поляризованными дебатами или поляризованным Конгрессом. Сравните и сопоставьте повседневный смысл со смыслом физики.

[AL] Спросите, какие еще примеры поляризации они могут придумать из повседневной жизни.

В этом обсуждении вы можете задаться вопросом, как избыточные электроны изначально попали с вашей обуви в вашу руку, чтобы создать искру, когда вы коснулись дверной ручки. Ответ заключается в том, что или электрона действительно прошли от вашей обуви к вашим рукам. Вместо этого, поскольку одинаковые заряды отталкиваются друг от друга, избыточные электроны на вашей обуви просто отталкивают часть электронов в ваших ногах. Электроны, выбитые таким образом из ваших ног, переместились вверх в вашу ногу и, в свою очередь, оттолкнули некоторые электроны в вашей ноге.Этот процесс продолжался по всему вашему телу, пока избыток электронов не покрывал конечности вашего тела. Таким образом, ваша голова, ваши руки, кончик вашего носа и так далее получили свои дозы избыточных электронов, которые были вытолкнуты из своего нормального положения. Все это было результатом того, что электроны выталкивали электроны из ваших ног избыточными электронами на вашей обуви.

Этот тип разделения зарядов называется поляризацией. Как только избыточные электроны покидают вашу обувь (они стираются об пол или уносятся влажным воздухом), распределение электронов в вашем теле возвращается в норму.Каждая часть вашего тела снова электрически нейтральна (т. Е. Нулевой избыточный заряд).

Явление поляризации показано на рисунке 18.1. Ребенок накопил лишний положительный заряд, скользя по горке. Этот избыточный заряд отталкивается и распределяется по конечностям тела ребенка, особенно по его волосам. В результате волосы встают дыбом, потому что избыточный отрицательный заряд на каждой пряди отталкивает избыточный положительный заряд на соседних прядях.

Поляризацию можно использовать для зарядки объектов.Рассмотрим две металлические сферы, показанные на рис. 18.11. Сферы электрически нейтральны, поэтому они несут одинаковое количество положительного и отрицательного заряда. На верхнем рисунке (рис. 18.11 (а)) две сферы соприкасаются, и положительный и отрицательный заряд равномерно распределены по двум сферам. Затем мы приближаемся к стеклянному стержню, несущему избыточный положительный заряд, что можно сделать, натерев стеклянный стержень шелком, как показано на рис. 18.11 (b). Поскольку противоположные заряды притягиваются друг к другу, отрицательный заряд притягивается к стеклянному стержню, оставляя избыточный положительный заряд на противоположной стороне правой сферы.Это пример индукционной зарядки, при которой заряд создается путем приближения к заряженному объекту вторым объектом, чтобы создать несбалансированный заряд во втором объекте. Если затем разделить две сферы, как показано на рис. 18.11 (c), избыточный заряд останется на каждой сфере. Левая сфера теперь имеет избыточный отрицательный заряд, а правая сфера имеет избыточный положительный заряд. Наконец, на нижнем рисунке стержень удален, и противоположные заряды притягиваются друг к другу, поэтому они перемещаются как можно ближе друг к другу.

Рис. 18.11 (a) Две нейтральные проводящие сферы касаются друг друга, поэтому заряд равномерно распределяется по обеим сферам. (б) Приближается положительно заряженный стержень, который притягивает отрицательные заряды, оставляя избыточный положительный заряд на правой сфере. (c) Сферы разделены. Каждая сфера теперь несет равную величину избыточного заряда. (d) Когда положительно заряженный стержень удаляется, избыточный отрицательный заряд на левой сфере притягивается к избыточному положительному заряду на правой сфере.

Поддержка учителя

Поддержка учителя

Обсудите аналогичную ситуацию с изолирующими сферами. Обратите внимание на то, что сферы остаются нейтральными, несмотря на поляризацию на панелях (b) и (c).

Развлечение в физике

Создайте искру на научной ярмарке

Генераторы Ван де Граафа – это устройства, которые используются не только для серьезных физических исследований, но и для демонстрации физики статического электричества на научных ярмарках и в учебных классах. Поскольку они обеспечивают относительно небольшой электрический ток, их можно сделать безопасными для использования в таких условиях.Первый такой генератор был построен Робертом Ван де Граафом в 1931 году для использования в исследованиях ядерной физики. На рисунке 18.12 показан упрощенный эскиз генератора Ван де Граафа.

В генераторах

Ван де Граафа используются гладкие и заостренные поверхности, а также проводники и изоляторы для создания больших статических зарядов. В версии, показанной на рис. 18.12, электроны «распыляются» с концов нижней гребенки на движущуюся ленту, которая сделана из изоляционного материала, такого как резина. Этот метод зарядки ремня похож на зарядку вашей обуви электронами при ходьбе по ковру.Ремень поднимает заряды вверх к верхнему гребню, где они снова переносятся, подобно тому, как вы касаетесь дверной ручки и переносите на нее свой заряд. Поскольку одинаковые заряды отталкиваются, избыточные электроны устремляются к внешней поверхности земного шара, который сделан из металла (проводника). Таким образом, сама гребенка никогда не накапливает слишком много заряда, потому что любой заряд, который она получает, быстро истощается за счет движения заряда к внешней поверхности земного шара.

Рис. 18.12. Генераторы Ван де Граафа переносят электроны на металлическую сферу, где электроны равномерно распределяются по внешней поверхности.

Генераторы Ван де Граафа используются для демонстрации многих интересных эффектов, вызываемых статическим электричеством. Прикоснувшись к земному шару, человек получает избыточный заряд, поэтому его волосы встают дыбом, как показано на рис. 18.13. Вы также можете создавать мини-молнии, перемещая нейтральный проводник к земному шару. Другой любимый вариант – сложить алюминиевые формы для маффинов на незаряженный шар, а затем включить генератор. В банках, сделанных из токопроводящего материала, накапливается избыточный заряд. Затем они отталкиваются друг от друга и один за другим улетают с земного шара.Быстрый поиск в Интернете покажет множество примеров того, что вы можете сделать с генератором Ван де Граафа.

Рис. 18.13 Человек, касающийся генератора Ван де Граафа, имеет избыточный заряд, который распространяется по его волосам и отталкивает пряди волос от его соседей. (кредит: Джон «ShakataGaNai» Дэвис)

Grasp Check

Почему электроны не остаются на резиновой ленте, когда достигают верхнего гребня?

  1. Верхний гребень не имеет лишних электронов, а избыточные электроны в резиновой ленте передаются гребенке посредством контакта.
  2. Верхний гребень не имеет лишних электронов, а избыточные электроны в резиновой ленте передаются гребенке за счет проводимости.
  3. Верхний гребень имеет избыточные электроны, а избыточные электроны в резиновой ленте передаются гребне за счет проводимости.
  4. Верхний гребень имеет избыточные электроны, и избыточные электроны в резиновом ремне передаются гребне при контакте.

Виртуальная физика

Воздушные шары и статическое электричество

Эта симуляция позволяет вам наблюдать, как на воздушном шаре накапливается отрицательный заряд, когда вы трут его о свитер.Затем вы можете наблюдать, как взаимодействуют два заряженных шара и как они вызывают поляризацию стены.

Проверка захвата

Нажмите кнопку сброса и начните с двух выносков. Зарядите первый воздушный шар, потерев им о свитер, а затем переместите его ко второму воздушному шарику. Почему не двигается второй воздушный шарик?

  1. Второй воздушный шарик имеет равное количество положительных и отрицательных зарядов.
  2. Второй воздушный шар имеет больше положительных зарядов, чем отрицательных.
  3. Второй воздушный шар имеет больше отрицательных зарядов, чем положительных.
  4. Второй воздушный шар заряжен положительно и имеет поляризацию.

Snap Lab

Поляризация водопроводной воды

Эта лаборатория продемонстрирует, как молекулы воды могут легко поляризоваться.

  • Пластиковый предмет малых размеров, например гребень или пластиковая мешалка
  • Источник водопроводной воды

Инструкции

Процедура

  1. Тщательно протрите пластиковый предмет сухой тканью.
  2. Откройте кран ровно настолько, чтобы из крана стекала гладкая струйка воды.
  3. Переместите край заряженного пластикового предмета к струне проточной воды.

Что вы наблюдаете? Что происходит, когда пластиковый предмет касается водяной нити? Вы можете объяснить свои наблюдения?

Проверка захвата

Почему вода изгибается вокруг заряженного объекта?

  1. Заряженный объект наводит однородный положительный заряд на молекулы воды.
  2. Заряженный объект наводит однородный отрицательный заряд на молекулы воды.
  3. Заряженный объект притягивает поляризованные молекулы воды и ионы, растворенные в воде.
  4. Заряженный объект деполяризует молекулы воды и ионы, растворенные в воде.

Рабочий пример

Зарядка капель чернил

Электрически нейтральные капли чернил в струйном принтере проходят через электронный луч, создаваемый электронной пушкой, как показано на рисунке 18.14. Некоторые электроны захватываются каплей чернил, так что она становится заряженной. После прохождения электронного луча чистый заряд капли чернил составляет qinkdrop = −1 × 10−10Cqinkdrop = −1 × 10−10C. Сколько электронов захватывает капля чернил?

Рис. 18.14 Электроны из электронной пушки заряжают проходящую каплю чернил.

Стратегия

Один электрон несет заряд qe – = – 1.602 × 10−19Cqe – = – 1.602 × 10−19C. Разделив чистый заряд капли чернил на заряд qe − qe− одного электрона, мы получим количество электронов, захваченных каплей чернил.

Решение

Число n электронов, захваченных каплей чернил, равно

n = qinkdropqe – = – 1 × 10−10C − 1,602 × 10−19C = 6 × 108. n = qinkdropqe – = – 1 × 10−10C − 1,602 × 10−19C = 6 × 108.

18,4

Обсуждение

Это почти миллиард электронов! Кажется, много, но это довольно мало по сравнению с числом атомов в капле чернил, которое составляет около 1016 · 1016. Таким образом, каждый лишний электрон распределяется примерно на 1016 / (6 × 108) ≈107 · 1016 / (6 × 108) ≈107 атомов.

Практические задачи

3.

Сколько протонов нужно, чтобы зарядить 1 нКл? 1 нКл = 10-9 Кл

  1. 1,6 × 10 −28
  2. 1,6 × 10 −10
  3. 3 × 10 9
  4. 6 × 10 9
4.

В физической лаборатории вы заряжаете три металлических сферы, две с + 3 \, \ text {nC} и одну с -5 \, \ text {nC}. Когда вы соединяете все три сферы вместе, так что все они соприкасаются друг с другом, каков суммарный заряд этих трех сфер?

  1. + 1 \, \ text {nC}
  2. + 3 \, \ text {nC}

  3. + 5 \, \ text {nC}

  4. + 6 \, \ text {nC}

Проверьте свое понимание

5.

Сколько существует видов электрического заряда?

  1. один тип
  2. два типа
  3. три типа
  4. четыре типа
6.

Какие две основные электрические классификации материалов основаны на том, насколько легко заряды могут проходить через них?

  1. проводник и изолятор
  2. Полупроводник и изолятор
  3. проводник и сверхпроводник
  4. проводник и полупроводник
7.

Верно или неверно. Поляризованный материал должен иметь ненулевой чистый электрический заряд.

  1. правда
  2. ложь
8.

Опишите силу между двумя взаимодействующими положительными точечными зарядами.

  1. Сила притягивает и действует вдоль линии, соединяющей два точечных заряда.
  2. Сила притяжения и действует по касательной к линии, соединяющей два точечных заряда.
  3. Сила отталкивающая и действует вдоль линии, соединяющей два точечных заряда.
  4. Сила отталкивающая и действует по касательной к линии, соединяющей два точечных заряда.
9.

Чем отличается проводник от изолятора?

  1. Электрические заряды легко перемещаются в изоляторе, но не в проводящем материале.
  2. Электрические заряды легко перемещаются в проводнике, но не в изоляторе.
  3. Проводник имеет большое количество электронов.
  4. В изоляторе зарядов больше, чем в проводнике.
10.

Верно или нет. Для зарядки объекта за счет поляризации необходимо прикоснуться к нему предметом, несущим избыточный заряд.

  1. правда
  2. ложь

Электрический заряд и закон Кулона

Электрический заряд и закон Кулона Авторские права © Майкл Ричмонд. Эта работа находится под лицензией Creative Commons License.
  • Электрический заряд – фундаментальное свойство материи. Электроны несут заряд в одну отрицательную «электронную единицу», и протоны с положительным зарядом в одну «электронную единицу».
  • В замкнутой системе сохраняется электрический заряд.
  • Единицей измерения электрического заряда в системе СИ является Кулон :
                около 6.18 электронов в сумме дают 1 кулон
     
  • Кулон – это ОЧЕНЬ БОЛЬШОЙ заряд – обычный ситуации содержат крошечную долю кулона.
  • Если один кулон в секунду проходит через фиксированную точку в проводе, по этому проводу проходит ток в один ампер.
  • Проводники позволяют заряду свободно перемещаться по ним. Металлы – хорошие проводники.
  • Изоляторы удерживают заряженные частицы почти на месте.2) q1 = заряд первой частицы (кулоны) q2 = заряд второй частицы (кулоны) r = расстояние между частицами (метры) Если результат положительный, сила отталкивающая. Если результат отрицательный, сила притягивает.
  • Электрические силы от нескольких частиц складываются как векторы.


Viewgraph 1


Viewgraph 2


Viewgraph 3


Viewgraph 4


Viewgraph 5


Viewgraph 6


Viewgraph 7


Viewgraph 8


Просмотр 9


Просмотр 10


Viewgraph 11


Viewgraph 11x


Viewgraph 12


Просмотр 13


Viewgraph 14

Авторские права © Майкл Ричмонд.Эта работа находится под лицензией Creative Commons License.

Заряд электрона – Вселенная сегодня

[/ caption]

Заряд электрона эквивалентен величине элементарного заряда (е), но имеет отрицательный знак. Поскольку величина элементарного заряда составляет примерно 1,602 x 10 -19 кулонов (Кл), то заряд электрона составляет -1,602 x 10 -19 Кл.

В атомных единицах элементарный заряд принимает значение единицы; я.e., e = 1. Таким образом, заряд электрона можно обозначить как -e. Хотя протон намного массивнее электрона, он имеет заряд всего e. Следовательно, нейтральные атомы всегда несут одинаковое количество протонов и электронов.

Дж. Дж. Томсон – бесспорный первооткрыватель электрона. Однако, несмотря на все эти эксперименты, которые он проводил на нем, ему удалось получить только отношение заряда электрона к массе. Роберт Милликен удостоился чести быть первым, кто измерил заряд электрона, благодаря его эксперименту с каплей масла в 1909 году.

Эксперимент Милликена с каплей нефти

Вот основная идея. Если вы знаете плотность и размеры (а следовательно, и объем) вещества, будет несложно вычислить его массу и силу, действующую на него гравитацией, также известную как вес. Если вы помните, вес всего лишь m x g.

Теперь предположим, что этими веществами заправлены масляные капли. Если вы подвергнете эти капли воздействию силы тяжести, они упадут свободно. Однако, если им позволить упасть в однородном электрическом поле, их траектория изменится в зависимости от направления и величины поля.

Если силы, вызванные полем, направлены против силы тяжести, скорость частиц вниз может уменьшиться. В какой-то момент, когда восходящая сила равна нисходящей силе, скорости могут даже упасть до нуля, и частицы останутся в воздухе.

В этом конкретном случае, если мы знаем величину электрического поля (в Н / К, единицы, определяющие силу на единицу заряда) и вес каждой частицы, мы можем вычислить силу электрического поля на отдельной частице и наконец вывести заряд.

Таким образом, базовая установка Millikan Oil-Drop Experiment будет включать в себя корпус, содержащий падающие заряженные капли нефти, устройство для измерения их радиуса, регулируемое однородное электрическое поле и измеритель для определения величины поля.

Повторяя эксперимент с большим количеством капель масла, Милликен и его коллега Харви Флетчер получили значения заряда электрона в пределах 1% от принятого в настоящее время.

У нас есть несколько статей в Universe Today, которые связаны с зарядом электрона.Вот их два:

Physics World также имеет еще несколько:

Устали глаза? Пусть ваши уши помогут вам учиться для разнообразия. Вот несколько эпизодов из Astronomy Cast, которые могут прийтись вам по вкусу:

Источники:
Википедия
GSU Hyperphysics
Университет Аляски-Фэрбенкс

Как это:

Нравится Загрузка …

Учебник по физике: нейтральный против заряженных объектов

Как обсуждалось в предыдущем разделе Урока 1, атомы являются строительными блоками материи.Есть разные типы атомов, известные как элементы. Атомы каждого элемента отличаются друг от друга количеством протонов, присутствующих в их ядрах. Атом, содержащий один протон, является атомом водорода (H). Атом, содержащий 6 протонов, является атомом углерода. А атом, содержащий 8 протонов, – это атом кислорода.

Число электронов, окружающих ядро, будет определять, является ли атом электрически заряженным или электрически нейтральным. Количество заряда одного протона равно количеству заряда, которым обладает один электрон.Протон и электрон имеют одинаковое количество заряда, но противоположный тип заряда. Таким образом, если атом содержит равное количество протонов и электронов, атом описывается как электрически нейтральный . С другой стороны, если в атоме неравное количество протонов и электронов, то атом электрически заряжен (и фактически, тогда он упоминается как ион , а не как атом). Любая частица, будь то атом, молекула или ион, которая содержит меньше электронов, чем протонов, считается положительно заряженной .И наоборот, любая частица, которая содержит больше электронов, чем протонов, считается отрицательно заряженной .

Заряженные и незаряженные частицы

Положительно заряженный

отрицательно заряжено

Без заряда

Протонов больше, чем электронов

Имеет больше электронов, чем протонов

Равное количество протонов и электронов


Заряженные объекты как дисбаланс протонов и электронов

В предыдущем разделе Урока 1 атом был описан как небольшое и плотное ядро ​​из положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов, окруженное оболочками из отрицательно заряженных электронов.Протоны прочно связаны в ядре и не могут быть удалены обычными способами. В то время как электроны притягиваются к протонам ядра, добавление энергии к атому может убедить электронов покинуть атом. Точно так же электроны в атомах других материалов можно уговорить покинуть свои собственные электронные оболочки, и станут членами электронных оболочек других атомов из других материалов. Короче говоря, электроны – это мигранты, они постоянно находятся в движении и всегда готовы испытать новую атомную среду.

Все объекты состоят из этих атомов. Электроны, содержащиеся в объектах, склонны перемещаться или мигрировать к другим объектам. Процесс, когда электрон покидает один материальный объект, чтобы поселиться (возможно, только временно) в другом объекте, является обычным повседневным явлением. Даже когда вы читаете слова на этой веб-странице, некоторые электроны, вероятно, проходят через монитор и прилипают к вашей одежде (при условии, что вы используете этот ресурс в Интернете) (и носите одежду).Если бы вы прошли по ковру к двери в комнату, электроны, скорее всего, соскочили бы с атомов вашей обуви и переместились бы на атомы ковра. И когда одежда падает в сушилку, весьма вероятно, что электроны на одном предмете одежды переместятся с атомов на атомы другого предмета одежды. В общем, для того, чтобы электроны переместились от атомов одного материала к атомам другого материала, должен быть источник энергии, мотив и низкоомный путь .

Причина и механизмы этого движения электронов будут предметом Урока 2. Пока достаточно сказать, что заряженные объекты содержат неравное количество протонов и электронов. У заряженных объектов дисбаланс заряда – либо отрицательных электронов больше, чем положительных протонов, либо наоборот. А нейтральные объекты имеют баланс заряда – равное количество протонов и электронов. Принцип, изложенный ранее для атомов, может быть применен к объектам.Объекты с большим количеством электронов, чем протонов, заряжены отрицательно; объекты с меньшим количеством электронов, чем протонов, заряжены положительно.

В этом обсуждении электрически заряженных и электрически нейтральных объектов нейтрон не учитывается. Нейтроны, будучи электрически нейтральными, в этом устройстве роли не играют. Их присутствие (или отсутствие) не будет иметь прямого отношения к тому, заряжен объект или нет. Их роль в атоме заключается просто в обеспечении стабильности ядра, но этот предмет не обсуждается в «Классе физики».Когда дело доходит до драмы статического электричества, электроны и протоны становятся главными героями.

Оплата за количество

Как и масса, заряд объекта является измеримой величиной. Заряд, которым обладает объект, часто выражается с помощью научной единицы, известной как Coulomb . Так же, как масса измеряется в граммах или килограммах, заряд измеряется в кулонах (сокращенно C). Поскольку один кулон заряда представляет собой аномально большое количество заряда, единицы микрокулонов (мкКл) или нанокулонов (нКл) чаще используются в качестве единицы измерения заряда.Чтобы проиллюстрировать величину 1 кулон, объекту потребуется избыток 6,25 x 10 18 электронов, чтобы иметь общий заряд -1 C. И, конечно же, объект с нехваткой 6,25 x 10 18 электронов будет иметь общий заряд +1 кл.

Заряд одного электрона равен -1,6 x 10 -19 Кулон. Заряд одиночного протона равен +1,6 x 10 -19 кулон. Количество заряда на объекте отражает степень дисбаланса между электронами и протонами на этом объекте.Таким образом, чтобы определить полный заряд положительно заряженного объекта (объекта с избытком протонов), нужно вычесть общее количество электронов из общего количества протонов. Эта операция дает количество избыточных протонов. Поскольку один протон дает заряд +1,6 x 10 -19 кулонов к общему заряду атома, общий заряд можно вычислить, умножив количество избыточных протонов на +1,6 x 10 -19 кулонов. Аналогичный процесс используется для определения общего заряда отрицательно заряженного объекта (объекта с избытком электронов), за исключением того, что количество протонов сначала вычитается из количества электронов.

Этот принцип проиллюстрирован в следующей таблице.

Объект Количество избыточных протонов / электронов Количество и вид заряда (Q) объекта в кулонах (C)
А 1 x 10 6 избыточных электронов -1.6 х 10 -13 С
Б 1 x 10 6 избыточных протонов +1,6 х 10 -13 С
С 2 x 10 10 избыточных электронов -3,2 х 10 -9 С
D 3.5 x 10 8 избыточных протонов +5,6 х 10 -11 С
E 4.67 x 10 10 избыточных электронов -7,5 х 10 -9 С

В заключение, электрически нейтральный объект – это объект, который имеет баланс протонов и электронов.Напротив, заряженный объект имеет дисбаланс протонов и электронов. Определение количества заряда на таком объекте включает в себя процесс подсчета ; общее количество электронов и протонов сравнивается, чтобы определить разницу между количеством протонов и электронов. Эта разница умножается на 1,6 x 10 -19 Кулонов, чтобы определить общее количество заряда на объекте. Тип заряда (положительный или отрицательный) определяется количеством протонов или электронов в избытке.

Мы хотели бы предложить … Иногда просто прочитать об этом недостаточно. Вы должны взаимодействовать с ним! И это именно то, что вы делаете, когда используете один из интерактивных материалов The Physics Classroom. Мы хотели бы предложить вам совместить чтение этой страницы с использованием нашего интерактивного зарядного устройства. Вы можете найти его в разделе Physics Interactives на нашем сайте. Charging Interactive – это электростатическая «игровая площадка», которая позволяет учащемуся исследовать различные концепции, связанные с зарядом, взаимодействиями зарядов, процессами зарядки и заземлением.Как только вы освоитесь с концепциями, коснитесь кнопки «Играть» своим игровым лицом.



Проверьте свое понимание

Используйте свое понимание заряда, чтобы ответить на следующие вопросы. По завершении нажмите кнопку, чтобы просмотреть ответы.

1. ИСТИНА или ЛОЖЬ : положительно заряженный объект содержит все протоны и не содержит электронов.


2. ИСТИНА или ЛОЖЬ : отрицательно заряженный объект может содержать только электроны без сопутствующих протонов.


3. ИСТИНА или ЛОЖЬ : электрически нейтральный объект содержит только нейтроны.

4.Определите следующие частицы как заряженные или незаряженные. Если они заряжены, укажите, заряжены ли они положительно или отрицательно. (n = нейтрон, p = протон, e = электрон)

5. Рассмотрим рисунок справа с нейтральным атомом кислорода.

а. Объясните, что должно произойти, чтобы атом кислорода стал отрицательно заряженным.

г. Объясните, что должно произойти, чтобы атом кислорода стал положительно заряженным.

6. Определите количество и тип заряда объекта, у которого на 3,62 x 10 12 протонов больше, чем электронов.


7. Заполните следующие утверждения:

После довольно утомительного подсчета (и довольно громкого рассказа) учитель физики определяет, что содержится очень маленький образец объекта…

а. … 8,25749 x 10 17 протонов и 5,26 x 10 14 электронов; заряд на этот объект составляет ____ кулонов.

г. … 3,12 x 10 14 протонов и 4,5488 x 10 16 электронов; заряд на этот объект составляет ____ кулонов.

г. … 2,40277 x 10 19 протонов и 9,88 x 10 16 электронов; заряд на этот объект составляет ____ кулонов.

г. … 2,6325 x 10 15 протонов и 2.6325 х 10 15 электронов; заряд на этот объект составляет ____ кулонов.


8. Количество заряда, переносимого молнией, оценивается в 10 кулонов. Какое количество лишних электронов переносит молния?

9. Ответьте на следующее заявление учащегося:

«Положительно заряженный объект – это объект, в котором имеется избыток положительных электронов.”

9.3 Электрическое поле | Электростатика

Рассчитайте напряженность электрического поля \ (\ text {20} \) \ (\ text {m} \) из \ (\ text {7} \) \ (\ text {nC} \) плата.

Нам нужно вычислить электрическое поле на расстоянии от данного заряда. Нам дана величина заряд и расстояние от заряда.{-1} $} \ end {align *}

Два заряда \ ({Q} _ {1} = – \ text {6} \ text {pC} \) и \ ({Q} _ {2} = – \ text {8} \ text {pC} \ ) разделены расстояние \ (\ text {3} \) \ (\ text {км} \). Какова напряженность электрического поля в точке, \ (\ text {2} \) \ (\ text {km} \) из \ ({Q} _ {1} \) и \ (\ text {1} \) \ (\ text {km} \) из \ ({Q} _ {2} \)? Смысл находится между \ ({Q} _ {1} \) и \ ({Q} _ {2} \).

Нам нужно вычислить электрическое поле на расстоянии от двух данных зарядов.{-1} $} \) в направлении заряда \ (- \ text {8} \) \ (\ text {pC} \).

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.