Содержание

Закон сохранения электрических зарядов | Физика. Закон, формула, лекция, шпаргалка, шпора, доклад, ГДЗ, решебник, конспект, кратко

Опыты однозначно показывают, что при электризации тел всегда появляются заряды противоположных знаков. Если одно из двух тел вследствие взаимодействия станет отри­цательно заряженным, то другое будет иметь положительный заряд.

Возьмем два электрометра с одинаковы­ми шарами и подготовим их к измерению электрических зарядов. Для этого заземлим их металлические корпуса.

Пластинку из органического стекла по­трем пластинкой, поверхность которой по­крыта бумагой. Если после этого коснемся металлических шариков каждой пластинкой, то увидим, что стрелки гальванометров от­клонятся на одинаковый угол (рис. 4.10). Для определения знака полученных зарядов под­несем поочередно к обоим шарикам эбо­нитовую палочку, потертую мехом. Один элект­рометр уменьшит показания, а другой — уве­личит. Это свидетельствует о том, что шары электрометров имеют заряды противополож­ных знаков. Проверить эти утверждения мож­но с помощью другого опыта. Для этого со­единим проволокой на изоляционной ручке оба шара на электрометрах. Стрелки обоих электрометров сразу упадут до нуля (рис. 4.11). Это свидетельствует о полной нейтрализации зарядов. Анализ проведенных опытов пока­зывает, что в природе действует

закон со­хранения электрических зарядов.

Рис. 4.10. Шары электрометров заряжа­ются от пластинок
Рис. 4.11. При соединении шаров про­водником электрические заряды нейтра­лизуются

Закон со­хранения электрических зарядов. В замкнутой системе алгебраическая сум­ма электрических зарядов тел, составляющих эту систему, остается постоянной.

Q1

+ Q2 + Q3 + … + Qn = const.

Бенджамин Франклин (1706—1790) — вы­дающийся американский политический деятель; работал в области физики: раз­работал теорию, объясняющую электри­зацию перетеканием «электрической жид­кости», ввел понятие положительного и отрицательного заряда; исследовал элект­рические явления в атмосфере.

Закон сохранения электрического заряда впервые был сформулирован американским ученым Б. Франклином в 1747 г.

При решении физических задач с ис­пользованием закона сохранения электри­ческого заряда значения электрических за­рядов используются с их знаками.

Ученым известны физические процессы, в ходе которых из электромагнитного излу­чения образуются элементарные частицы. Типичный пример такого явления — обра­зование

электрона и позитрона из γ-излу­чения, появляющегося при радиоактивных преобразованиях вещества. Многочислен­ные исследования однозначно доказали, что электрон, имеющий отрицательный заряд, всегда появляется в этих преобразованиях в паре с позитроном, имеющем положитель­ный заряд. Алгебраическая сумма зарядов электрона и позитрона равняется нулю. Электромагнитное излучение не имеет заря­да вообще. Таким образом,

в реакции обра­зования электронно-позитронной пары дейст­вует закон сохранения заряда.

qэлектрона + qпозитрона = 0.

Позитрон — элементарная ча­стица, имеющая массу, при­близительно равную массе электрона; заряд позитрона положительный и равен заряду электрона.

На основании закона сохранения элект­рического заряда объясняется электризация макроскопических тел.

Как известно, все тела состоят из ато­мов, в состав которых входят электроны и протоны. Количество электронов и прото­нов в составе незаряженного тела одина­ковое. Поэтому такое тело не проявляет электрического действия на другие тела. Если же два тела находятся в тесном кон­такте (при натирании, сжатии, ударе и т. п.), то электроны, связанные с атомами зна­чительно слабее, чем протоны, переходят с одного тела на другое. Материал с сайта http://worldofschool.ru

Тело, на которое перешли электроны, будет иметь их избыток. Согласно закону сохранения электрический заряд этого тела будет равняться алгебраической сумме по­ложительных зарядов всех протонов и зарядов всех электронов. Этот его заряд будет отрицательным и по значению равным сум­ме зарядов избыточных электронов.

У тела с излишком электронов отрицательный заряд.

Тело, утратившее электроны, будет иметь положительный заряд, модуль которого бу­дет равен сумме зарядов электронов, поте­рянных телом.

У тела, имеющего положитель­ный заряд, электронов мень­ше, чем протонов.

Закон сохранения электрического заряда действует независимо от того, движутся за­ряженные тела или нет. Такое свойство заряда называется инвариантностью. Заряд электрона равняется 1,6 • 10-19 Кл как при скорости 200 м/с, так и при скорости 100 000 км/с. Если бы было иначе, то электроны имели бы одни свойства в свободном состоянии и совершенно другие — в атоме. А это наукой не установлено.

Электрический заряд не изме­няется при переходе тела в другую систему отсчета.

На этой странице материал по темам:
  • Законы сохранения шпора

  • Закон сохранения электрического заряда шпаргалка

  • Электрический заряд микробов

  • Закон сохранения электрических зарядов формула

  • Закон сохранения энергии. электризация тел.

Вопросы по этому материалу:
  • Как тела становятся электрически заряженными?

  • Может ли при электризации тела появиться лишь отрицательный заряд?

  • Какое содержание закона сохранения электрического заряда?

  • Какие опыты подтверждают закон сохранения электрического заряда?

Электрический заряд.

Закон сохранения электрического заряда

Ещё совсем недавно мы с вами говорили о том, что по современным представлениям основой всего многообразия явлений природы являются всего четыре фундаментальных взаимодействия — сильное, слабое, электромагнитное и гравитационное. Каждый вид взаимодействия связан с определённой характеристикой частицы. Так, гравитационное взаимодействие зависит от масс частиц, а электромагнитное — от электрических зарядов.

Электромагнитное взаимодействие лежит в основе всех электрических, магнитных и оптических явлений. Им же обусловлены возникновения сил упругости и сил трения, о которых мы говорили при изучении механики.

Взаимодействие атомов и молекул, которое мы рассматривали при изучении молекулярно-кинетической теории, также является электромагнитным. Электромагнитное взаимодействие определяет свойства веществ в различных агрегатных состояниях и их химические превращения. Оно же ответственно за обмен веществ в человеческом организме.

Раздел физики, в котором изучают свойства и закономерности поведения электромагнитного поля, с помощью которого осуществляется взаимодействие между электрически заряженными телами или частицами, называется электродинамикой.

Считается, что термин «электродинамика» ввёл в физику французский учёный Андре Мари Ампер в 1822 г. Хотя электрические явления известны человеку ещё с глубокой древности. Например, ещё в VII в. до н. э. в Древней Греции знаменитый Фалес Милетский обнаружил, что янтарная палочка, потёртая о шерсть, способна притягивать к себе лёгкие предметы.

В XVI веке Уильям Гильберт обнаружил, что свойством притягивать лёгкие предметы обладает не только янтарь, но и многие другие тела, предварительно натёртые кожей или другими мягкими материалами. Это явление он назвал электризацией (так как янтарь по-гречески звучит как, электрон).

О телах, способных к таким взаимодействиям, говорят, что они электрически заряжены, то есть им сообщён электрический заряд.

А теперь давайте подумаем, что означают слова: тело или частица обладает электрическим зарядом? Чтобы ответить на этот вопрос, обратимся к истории. Итак, ещё в 1881 году знакомый нам немецкий физик Герман Гельмгольц высказал гипотезу, объясняющую электрические явления существованием электрически заряженных элементарных частиц.

Под элементарными частицами мы с вами будем понимать мельчайшие неделимые на более простые частицы, из которых построены все тела.

Гипотеза Гельмгольца была подтверждена спустя 16 лет английским физиком Уильямом Томсоном, после открытия им электрона. А также Эрнестом Резерфордом, который в 1919 году открыл протон, заряд которого с точностью до 10–20 равен модулю заряда электрона, хотя его масса в 1836 раз больше.

Многие элементарные частицы, хотя и не все, обладают способностью взаимодействовать друг с другом с силой, которая подобно гравитационным силам убывает обратно пропорционально квадрату расстояния, но эта сила во много раз превосходит силу тяготения. Например, между протоном и электроном в атоме водорода эта сила примерно в 1039 раз больше силы их гравитационного взаимодействия.

Поэтому принято считать, что если частицы взаимодействуют друг с другом с силами, которые убывают с увеличением расстояния так же, как и силы всемирного тяготения, но превышают последние во много раз, то говорят, что эти частицы имеют электрический заряд. А сами частицы называются заряженными.

Важно запомнить, что частица может и не обладать электрическим зарядом. А вот электрического заряда без частицы не существует.

Подобно тому, как масса определяет интенсивность гравитационного взаимодействия, электрический заряд является количественной мерой способности тел к электромагнитным взаимодействиям.

Чаще всего обозначать электрический заряд мы с вами будем малой латинской буквой q, а измерять — в кулонах (Кл).

1 Кл — это электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника за 1 с при силе постоянного тока 1 А.

Один кулон — это очень большая единица заряда. Расчёты показывают, что диаметр уединённого металлического шара, находящегося в сухом воздухе, должен быть равен примерно 110 м, чтобы на нём мог находиться избыточный заряд в 1 Кл. Но при этом при включении автомобильных фар через поперечное сечение проводников, подсоединённых к фарам, проходит заряд приблизительно в 10 Кл.

В 1729 году французский учёный Шарль Франсуа Дюфе проведя серию экспериментов установил, что в природе существует два рода зарядов. Один образуется при трении стекла о шёлк, а другой — смолы о шерсть. Поэтому Дюфе назвал заряды «стеклянным» и «смоляным» соответственно.

В 1747 году американский учёный Бенджамин Франклин (кстати, это единственный не президент, изображённый на денежных банкнотах США) ввёл понятие положительного и отрицательного заряда, соответственно заряда, приобретённого стеклянной палочкой, потёртой о шёлк, и заряда, полученного на янтаре, потёртым о мех.

В последствии было установлено, что носителями положительных зарядов являются протоны, входящие в состав всех атомных ядер. А носителями отрицательных зарядов являются электроны, входящие в состав всех атомов.

Из курса физики средней школы вы знаете, что электрическое взаимодействие проявляется в том, что одноимённо заряженные тела (или частицы) отталкивают друг друга, а разноимённо — притягиваются.

На этом явлении основан принцип действия простейшего электроскопа — прибора, при помощи которого выясняют, наэлектризовано тело или нет.

Напомним, что электроскоп состоит из металлического стержня, к концу которого прикреплены две тонкие бумажные полоски. Стержень с бумажными листочками вставляется в металлическую оправу, застеклённую с обеих сторон. Чтобы стержень не касался оправы, его пропускают через пластмассовую пробку. Если дотронуться заряженным телом до стержня электроскопа, то бумажные листочки оттолкнутся друг от друга.

Более совершенным прибором является электрометр. Сообщённый шарику, а через него стержню и стрелке заряд (любого знака) вызывает отталкивание стрелки от заряженного стержня. Нижний конец стрелки перемещается при этом по шкале. А металлический корпус позволяет использовать прибор и для более сложных измерений. Например, при помощи электрометра можно доказать, что при электризации трением оба тела, приобретают равные по модулю, но противоположные по знаку заряды. Покажем это. Возьмём электрометр, на который сверху надет полый металлический шар. Наэлектризуем трением друг о друга две пластинки — эбонитовую и плексигласовую.

Внесём сначала одну из них внутрь полого шара электрометра и убедимся, что он зарядился. Снимем заряд с электрометра, прикоснувшись к нему рукой, и внесём внутрь шара вторую пластинку. Стрелка электрометра отклонилась на такой же угол, что и в прошлый раз. Это убеждает нас в том, что каждая из пластинок действительно заряжается при трении друг о друга. А теперь внесём внутрь шара одновременно обе заряженные пластинки — электрометр не обнаруживает заряда — его стрелка не отклоняется.

Данный опыт позволяет нам ещё раз убедиться не только в том, что при электризации тела приобретают заряды противоположных знаков, но и в том, что эти заряды равны по модулю. При этом, что важно, при электризации новые носители зарядов не возникают, а существовавшие ранее — не исчезают. Происходит лишь перераспределение зарядов в телах, которые до этого были нейтральными. Заряд на внесённой в электрометр пластинке, притягивает к себе разноимённый и отталкивает одноимённый заряд на стержне и стрелке прибора, что и объясняет появление заряда.

Серия похожих опытов позволили одному из основателей электродинамики Майклу Фарадею в 1838 году сделать один очень важный для своего времени вывод: «Невозможно ни создать; ни уничтожить одну из электрических сил без равного и соответствующего изменения другой». Такой была первая формулировка одного из фундаментальных законов природы — закона сохранения электрического заряда.

Обратите внимание, что Фарадей говорит не о сохранении заряда, а о сохранении силы, так как ему было неизвестно, как электрические заряды связаны с атомами вещества (ведь существование электрона и протона, было осуществлено гораздо позднее). Поэтому он исходил из философской концепции взаимной превращаемости сил природы и сохранения сил при их превращении. Электрический заряд он понимает, как источник электрической силы.

Строгая формулировка закона сохранения электрического заряда возникла только после открытия факта взаимной превращаемости элементарных частиц материи: в электрически изолированной системе тел алгебраическая сумма зарядов всех тел остаётся постоянной:

Обратите внимание на то, что выполняется закон сохранения заряда только для электрически изолированных систем, которые не обменивается электрически заряженными частицами с внешними телами. Интересно, но причина, по которой выполняется закон сохранения электрического заряда до сих пор не ясна.

А теперь давайте проведём с вами такой опыт. Возьмём заряженный электрометр и с помощью проводника соединим его с точно таким же незаряженным электрометром. Нетрудно заметить, что ровно половина заряда перешла с первого электрометра на второй. Теперь разрядим второй электрометр, коснувшись рукой и вновь присоединим его к первому, на котором осталась половина первоначального заряда.

Отклонившиеся, но уже на меньший угол, стрелки опять показывают присутствие заряда на обоих приборах. Только на каждом из них теперь лишь по четверти первоначального заряда. Очевидно, что, продолжая подобное деление, можно получить одну восьмую, одну шестнадцатую и так далее части начального заряда. Из истории физики известно, что уже более ста лет назад учёные умели делить заряд. Но самым важным для них было выяснить: существует ли в природе наименьший заряд, то есть такой, который разделить уже невозможно?

Опыты, позволившие найти «наименьшую порцию электричества», то есть элементарный заряд, были проведены одновременно в 1910—1913 годах американцем Робертом Милликеном и российским физиком Абрамом Фёдоровичем Иоффе.

В их опытах заряженная очень малая капелька масла (в опытах Милликена) и пылинка цинка (в опытах Иоффе) «зависала» между заряженными пластинами. Электрическая сила, компенсирующая силу тяжести, зависела от заряда капельки или пылинки, что позволило учёным судить о значении этого заряда. В обоих опытах были получены одинаковые результаты: заряд не мог принимать любое значение и всегда был кратен одному и тому же числу — заряду электрона. Так как этот заряд дальше уже не делился, то его и назвали элементарным зарядом, модуль которого равен модулю заряда электрона.

е = 1,6 · 10–19 Кл.

Таким образом, любой электрический заряд дискретен, то есть он может быть больше заряда электрона только в целое число раз:

q = е (NрNе) = Ne.

Что такое закон сохранения электрического заряда. Электрический заряд, закон сохранения электрического заряда

Опыты однозначно показывают, что при электризации тел всегда появляются заряды противоположных знаков. Если одно из двух тел вследствие взаимодействия станет отри-цательно заряженным, то другое будет иметь положительный заряд.

Возьмем два электрометра с одинаковы-ми шарами и подготовим их к измерению электрических зарядов. Для этого заземлим их металлические корпуса.

Пластинку из органического стекла по-трем пластинкой, поверхность которой по-крыта бумагой. Если после этого коснемся металлических шариков каждой пластинкой, то увидим, что стрелки гальванометров от-клонятся на одинаковый угол (рис. 4.10). Для определения знака полученных зарядов под-несем поочередно к обоим шарикам эбо-нитовую палочку, потертую мехом. Один элект-рометр уменьшит показания, а другой — уве-личит. Это свидетельствует о том, что шары электрометров имеют заряды противополож-ных знаков. Проверить эти утверждения мож-но с помощью другого опыта. Для этого со-единим проволокой на изоляционной ручке оба шара на электрометрах. Стрелки обоих электрометров сразу упадут до нуля (рис. 4.11). Это свидетельствует о полной нейтрализации зарядов. Анализ проведенных опытов пока-зывает, что в природе действует закон со-хранения электрических зарядов .

Закон со-хранения электрических зарядов . В замкнутой системе алгебраическая сум-ма электрических зарядов тел, составляющих эту систему, остается постоянной.

Q 1 + Q 2 + Q 3 + … + Q n = const.

Бенджамин Франклин (1706—1790) — вы-дающийся американский политический деятель; работал в области физики: раз-работал теорию, объясняющую электри-зацию перетеканием «электрической жид-кости», ввел понятие положительного и отрицательного заряда; исследовал элект-рические явления в атмосфере.

впервые был сформулирован американским ученым Б. Франклином в 1747 г.

При решении физических задач с ис-пользованием закона сохранения электри-ческого заряда значения электрических за-рядов используются с их знаками.

Ученым известны физические процессы, в ходе которых из электромагнитного излу-чения образуются элементарные частицы. Типичный пример такого явления — обра-зование электрона и позитрона из γ-излу-чения, появляющегося при радиоактивных преобразованиях вещества. Многочислен-ные исследования однозначно доказали, что электрон, имеющий отрицательный заряд, всегда появляется в этих преобразованиях в паре с позитроном, имеющем положитель-ный заряд. Алгебраическая сумма зарядов электрона и позитрона равняется нулю. Электромагнитное излучение не имеет заря-да вообще. Таким образом,

в реакции обра-зования электронно-позитронной пары дейст-вует закон сохранения заряда .

q электрона + q позитрона = 0.

Позитрон — элементарная ча-стица, имеющая массу, при-близительно равную массе электрона; заряд позитрона положительный и равен заряду электрона.

На основании закона сохранения элект-рического заряда объясняется электризация макроскопических тел.

Как известно, все тела состоят из ато-мов, в состав которых входят электроны и протоны . Количество электронов и прото-нов в составе незаряженного тела одина-ковое. Поэтому такое тело не проявляет электрического действия на другие тела. Если же два тела находятся в тесном кон-такте (при натирании, сжатии, ударе и т.п.), то электроны, связанные с атомами зна-чительно слабее, чем протоны, переходят с одного тела на другое. Материал с сайта

Тело, на которое перешли электроны, будет иметь их избыток. Согласно закону сохранения электрический заряд этого тела будет равняться алгебраической сумме по-ложительных зарядов всех протонов и зарядов всех электронов. Этот его заряд будет отрицательным и по значению равным сум-ме зарядов избыточных электронов.

У тела с излишком электронов отрицательный заряд.

Тело, утратившее электроны, будет иметь положительный заряд, модуль которого бу-дет равен сумме зарядов электронов, поте-рянных телом.

У тела, имеющего положитель-ный заряд, электронов мень-ше, чем протонов.

Закон сохранения электрического заряда действует независимо от того, движутся за-ряженные тела или нет. Такое свойство заряда называется инвариантностью. Заряд электрона равняется 1,6 . 10 -19 Кл как при скорости 200 м/с, так и при скорости 100 000 км/с. Если бы было иначе, то электроны имели бы одни свойства в свободном состоянии и совершенно другие — в атоме. А это наукой не установлено.

Электрический заряд не изме-няется при переходе тела в другую систему отсчета.

На этой странице материал по темам:

  • Законы сохранения шпора

  • Закон сохранения электрического заряда конспект по физики

  • Закон сохранения электрического заряда шпаргалка

  • Закон сохранения энергии. электризация тел.

  • Опыты подтверждающие закон сохранения электрического заряда

Вопросы по этому материалу:

Закон сохранения заряда – это фундаментальный закон природы. Он был установлен на основании обобщения экспериментальных данных. Подтвержден в 1843 г. английским физиком М. Фарадеем.

Формулировка закона сохранения электрического заряда

В любой замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов – величина неизменная, не зависимо от того, какие процессы происходят в данной системе.

где N – количество зарядов.

Электрический заряд — это релятивистски инвариантная величина, что означает независимость заряда от системы отсчета, то есть величина заряда не зависит от движения или покоя заряда.

Эмпирическим путем (опыты Р. Милликена) было доказано, что электрический заряд – это дискретная величина. Заряд любого тела является кратным целым от заряда электрона, который носит название элементарного заряда. Заряд электрона равен

Электризация тел

Тела в природе могут приобретать электрический заряд. Процесс приобретения электрического заряда называют электризацией. Электризацию можно реализовывать различными способами: трением, при помощи электростатической индукции и т. д. Однако, любой процесс получения телом заряда является разделением зарядов. При этом одно тело или его часть получает избыточный положительный заряд, а другое тело (его часть) имеет при этом избыточный отрицательный заряд. Сумма заряда обоих знаков, которую содержат тела, не изменяется, заряды только испытывают перераспределение.

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.

Если соединяют положительные и отрицательные заряды, они компенсируют друг друга. Это значит, что объединяя одинаковые по величине отрицательные и положительные заряды, мы получим незаряженное тело.

При электризации тел, с использованием трения, так же происходит перераспределение зарядов. Основной причиной при этом является переход части электронов при тесном контакте тел от одного тела к другому.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

ЗаданиеДва одинаковых проводящих шарика имеют заряды и . Одним шариком коснулись другого, после этого разнесли на некоторое расстояние. Каким стал заряд каждого шарика после соприкосновения ()?
РешениеОсновой для решения данного заряда является закон сохранения заряда. Будем считать, что система из двух рассматриваемых шариков замкнута. До соприкосновения заряд системы равен:

Так как система замкнута, то после соприкосновения суммарный заряд этих двух шариков не изменится, останется равным . Шарики по условию задачи одинаковые, следовательно, при соприкосновении заряд между телами разделится поровну на две части, получим:

Ответ

ПРИМЕР 2

ЗаданиеПластины плоского воздушного конденсатора заряжены до разности потенциалов . Конденсатор отключили от источника напряжения и в пространство между пластинами внесли диэлектрик (диэлектрическая проницаемость его ). Какова разность потенциалов между пластинами конденсатора во втором состоянии?

РешениеТак как конденсатор зарядили и потом проводили манипуляции с диэлектриком, то заряд на этом конденсаторе будет неизменным по закону сохранения заряда:

При этом плотность распределения заряда на пластинах () найдем как:

Плотность распределения заряда, как и заряд не изменяется в нашем случае. Напряженность поля внутри плоского конденсатора равно в первом случае (воздушный конденсатор):

Существует два типа зарядов – положительные и отрицательные; одноименные заряды друг от друга отталкиваются, разноименные – притягиваются. При электризации трением всегда заряжаются оба тела, причем равными по величине но разноименными зарядами.

Опытным путем американский физик Р.Милликен (1868–1953) и советский физик А.Ф.Иоффе доказали, что электрический заряд дискретен, т. е. заряд любого тела составляет целое кратное от некоторого элементарного электрического заряда е (е = 1,6.10 -19 Кл). Электрон (m e = 9,11.10 -31 кг) и протон (m p = 1,67.10 -27 кг) являются соответственно носителями элементарных отрицательного и положительного зарядов.

Из обобщения опытных данных был установлен фундаментальный закон природы, впервые сформулированный английским физиком М.Фарадеем (1791 – 1867), – закон сохранения заряда : алгебраическая сумма электрических зарядов любой замкнутой системы (системы, не обменивающейся зарядами с внешними телами) остается неизменной, какие бы процессы ни происходили внутри этой системы.

Электрический заряд – величина релятивистски инвариантная, т. е. не зависит от системы отсчета, а значит, не зависит от того, движется этот заряд или покоится.

Наличие носителей заряда (электронов, ионов) является условием того, что тело проводит электрический ток. В зависимости от способности тел проводить электрический ток они делятся на проводники, диэлектрики и полупроводники Проводники – тела, в которых электрический заряд может перемещаться по всему его объему. Проводники делятся на две группы: 1) проводники первого рода (например, металлы) – перенесение в них зарядов (свободных электронов) не сопровождается химическими превращениями; 2) проводники второго рода (например, расплавленные соли, растворы кислот) – перенесение в них зарядов (положительных и отрицательных ионов) ведет к химическим изменениям. Диэлектрики (например, стекло, пластмассы) – тела, которые не проводят электрического тока; если к этим телам не прикладывается внешнее электрическое поле, в них практически отсутствуют свободные носители заряда. Полупроводники (например, германий, кремний) занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками, причем их проводимость сильно зависит от внешних условий, например температуры.

Единица электрического заряда (производная единица, так как определяется через единицу силы тока) – кулон (Кл) – электрический заряд проходящий через поперечное сечение при токе силой 1 А за время 1 с.

2.Закон Кулона

Закон взаимодействия неподвижных точечных электрических зарядов установлен в 1785 г. Ш.Кулоном с помощью крутильных весов (ранее этот закон был открыт Г. Кавендишем, однако его работа оставалась неизвестной более 100 лет). Точечным называется заряд, сосредоточенный на теле, линейные размеры которого пренебрежимо малы по сравнению с расстоянием до других заряженных тел, с которыми он взаимодействует.

Закон Кулона: сила взаимодействия F между двумя точечными зарядами, находящимися в вакууме , пропорциональна зарядам Q 1 , и Q 2 и обратно пропорциональна квадрату расстояния r между ними:

где k – коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора системы единиц.

Кулоновская сила F направлена вдоль прямой, соединяющей взаимодействующие заряды, т. е. является центральной, и соответствует притяжению (F F >0) в случае одноименных зарядов.

В векторной форме закон Кулона имеет вид

(.2)

где F 12 , – сила, действующая на заряд Q 1 со стороны заряда Q 2 , r 12 – радиус вектор, соединяющий заряд Q 1 с зарядом Q 2 .

Если взаимодействующие заряды находятся в однородной и изотропной среде, то сила взаимодействия , где ε – безразмерная величина – диэлектрическая проницаемость среды , показывающая, во сколько раз сила F взаимодействия между зарядами в данной среде меньше их силы F о взаимодействия в вакууме : ε =F о /F. Для вакуума ε = 1.

В СИ коэффициент пропорциональности принимается равным .

Тогда закон Кулона запишется в окончательном виде:

Величина ε о называется электрической постоянной ; она относится к числу фундаментальных физических постоянных и равна ε о = 8,85. 10 -12 Кл /(Н м). Тогда k = 9.10 9 м/Ф.

3.Электростатическое поле и его напряженность

Если в пространство, окружающее электрический заряд, внести другой заряд, то на него будет действовать кулоновская сила; значит в пространстве, окружающем электрические заряды, существует силовое поле. Согласно представлениям современной физики, поле реально существует и наряду с веществом является одним из видов материи, посредством которого осуществляются определенные взаимодействия между макроскопическими телами или частицами, входящими в состав вещества. В данном случае говорят об электрическом поле – поле, посредством которого взаимодействуют электрические заряды. Мы будем рас сматривать электрические поля, которые создаются неподвижными электрическими зарядами и называются электростатическими .

Для обнаружения и опытного исследования электростатического поля используется пробный точечный положительный заряд – такой заряд, который своим действием не искажает исследуемое поле (не вызывает перераспределения зарядов, создающих поле). Если в поле, создаваемое зарядом Q , поместить пробный заряд Q о, то на него действует сила F , различная в разных точках поля, которая, согласно закону Кулона, пропорциональна пробному заряду Q о. Поэтому отношение F/Q o не зависит от пробного заряда и характеризует электрическое поле в той точке, где пробный заряд находится. Эта величина является силовой характеристикой электростатического поля и называется напряженностью .

Напряженность электростатического поля в данной точке есть физическая величина, определяемая силой, действующей на единичный положительный заряд помещенный в эту точку поля: E =F /Q o.

Направление вектора Е совпадает с на правлением силы, действующей на положительный заряд. Единица напряженности электростатического поля – ньютон на кулон (Н/Кл): 1 Н/Кл – напряженность такого поля, которое на точечный заряд 1 Кл действует силой в 1 Н. 1 Н/Кл = 1 В/м, где В (вольт) – единица потенциала электростатического поля (см. 84).

Напряженность поля точечного заряда (для ε = 1)

(3)

или в скалярной форме

Вектор Е во всех точках поля направлен радиально от заряда, если он положителен и радиально к заряду, если отрицателен.

Графически электростатическое поле изображают с помощью линий напряженности (силовых линий), которые проводят так, чтобы касательные к ним каждой точке пространства совпадали по направлению с вектором напряженности в данной точке поля. Так как в каждой данной точке пространства вектор напряженности имеет лишь одно направление, то линии напряженности никогда не пересекаются. Для однородного поля (когда вектор напряженности в любой точке постоянен по величине и направлению ) линии напряженности параллельны вектору напряженности. Если поле создается точечным зарядом, то линии напряженности – радиальные прямые, выходящие из заряда, если он положителен, и входящие в него, если заряд отрицателен. Вследствие большой наглядности графический способ представления электрического поля широко применяется в электротехнике.

Чтобы с помощью линий напряженности можно было характеризовать не только направление, но и величину напряженности электростатического поля, условились проводить их с определенной густотой: число линий напряженности, пронизывающих единицу поверхности, перпендикулярной линиям напряженности, должно быть равно модулю вектора Е . Тогда число линий напряженности, пронизывающих элементарную площадку dS , нормаль к которой образует угол α с вектором Е , равно ЕdS cos α. Величина dФ E = Е dS называется потоком вектора напряженности через площадку dS . Здесь dS = dS n – вектор, модуль которого равен dS , а направление совпадает с нормалью n к площадке. Выбор направления вектора n (а, следовательно, и dS ) условен, так как его можно направить в любую сторону.

Для произвольной замкнутой поверхности S поток вектора Е через эту поверхность

где интеграл берется по замкнутой поверхности S . Поток вектора Е является алгебраической величиной: зависит не только от конфигурации поля Е , но и от выбора направления n . Для замкнутых поверхностей за положительное направление нормали принимается внешняя нормаль, т.е. нормаль, направленная наружу области, охватываемой поверхностью.

В истории развития физики имела место борьба двух теорий – дальнодействия и близкодействия . В теории дальнодействия принимается, что электрические явления определяются мгновенным взаимодействием зарядов на любых расстояниях. Согласно теории близкодействия, все электрические явления определяются изменениями полей зарядов, причем эти изменения распространяются в пространстве от точки к точке с конечной скоростью. Применительно к электростатическим полям обе теории дают одинаковые результаты, хорошо согласующиеся с опытом. Переход же к явлениям, обусловленным движением электрических зарядов, приводит к несостоятельности теории дальнодействия, поэтому современной теорией взаимодействия заряженных частиц является теория близкодействия .

4.Принцип суперпозиции электростатических полей. Поле диполя

Рассмотрим метод определения величины и направления вектора напряженности Е в каждой точке электростатического поля, создаваемого системой не подвижных зарядов Q 1 , Q 2 , … Q n .

Опыт показывает, что к кулоновским силам применим рассмотренный в механике принцип независимости действия сил, т. е. результирующая сила F , действующая со стороны поля на пробный заряд Q о равна векторной сумме сил F i , приложенных к нему со стороны каждого из зарядов Q i : .Так как F = Q o E и F i = Q o E i , –где Е напряженность результирующего поля, а Е i ; – напряженность поля, создаваемого зарядом Q i ;. Подставляя, получим .Эта формула выражает принцип суперпозиции (наложения) электростатических полей, согласно которому напряженность Е результирующего поля, создаваемого системой зарядов, равна геометрической сумме напряженностей полей, создаваемых в данной точке каждым из зарядов в отдельности .

Применим принцип суперпозиции для расчета электростатического поля электрического диполя. Электрический диполь – система двух равных по модулю разноименных точечных зарядов (+Q , –Q ), расстояние 1 между которыми значительно меньше расстояния до рассматриваемых точек поля. Вектор, направленный по оси диполя (прямой, проходящей через оба заряда) от отрицательного заряда к положительному и равный расстоянию между ними, называется плечом диполя . Вектор p = |Q |l совпадающий по направлению с плечом диполя и равный произведению заряда Q на плечо 1 , называется электрическим моментом диполя р или дипольным моментом

Согласно принципу суперпозиции, напряженность Е поля диполя в произвольной точке

Е = Е + + Е – , где Е + и Е – – напряженности полей, создаваемых соответственно положительным и отрицательным зарядами. Воспользовавшись этой формулой, рассчитаем напряженность поля на продолжении оси диполя и на перпендикуляре к середине его оси.

1. Напряженность поля на продолжении оси диполя в точке А . Как видно из рисунка, напряженность поля диполя в точке А направлена по оси диполя и по модулю равна Е = Е + – Е

Обозначив расстояние от точки А до середины оси диполя через r , определим напряженности полей, создаваемых зарядами диполя и сложим их

Согласно определению диполя, l /2 , поэтому

2.Напряженность поля на перпендикуляре, восставленном к оси из его середины, в точке В . Точка В равноудалена от зарядов, поэтому

(4),

где r ” – расстояние от точки В до середины плеча диполя. Из подобия равнобедренных треугольников, опирающихся на плечо диполя и вектор Е B , получим

,

откуда E B = E + l /r . (5)

Подставив в выражение (5) значение (4), получим

Вектор Е В имеет направление, противоположное электрическому моменту диполя.

5.Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме

Вычисление напряженности поля системы электрических зарядов с помощью принципа суперпозиции электростатических полей можно значительно упростить, используя выведенную немецким ученым К.Гауссом (1777 – 1855) теорему, определяющую поток вектора напряженности электрического поля через произвольную замкнутую поверхность .

Известно, поток вектора напряженности сквозь сферическую поверхность радиуса r , охватывающую точечный заряд Q , находящийся в ее центре, равен

Этот результат справедлив для замкнутой поверхности любой формы. Действительно, если окружить сферу произвольной замкнутой поверхностью, то каждая линия напряженности, пронизывающая сферу, пройдет и сквозь эту поверхность.

Если замкнутая поверхность произвольной формы охватывает заряд, то при пересечении любой выбранной линии напряженности с поверхностью она то входит в поверхность, то выходит из нее. Нечетное число пересечений при вычислении потока в конечном счете сводится к одному пересечению, так как поток считается положительным, если линия напряженности выходит из поверхности, и отрицательным для линии, входящей в поверхность. Если замкнутая поверхность не охватывает заряда, то поток сквозь нее равен нулю, так как число линий напряженности, входящих в поверхность, равно числу линий напряженности, выходящих из нее.

Таким образом, для поверхности любой формы , если она замкнута и заключает в себя точечный заряд Q , поток вектора Е будет равен Q/e o т. е.

Рассмотрим общий случай произвольной поверхности, окружающей n зарядов. В соответствии с принципом суперпозиции напряженность Е i поля, создаваемого всеми зарядами, равна сумме напряженностей, создаваемых каждым зарядом в отдельности E = SE i . Поэтому

Каждый из интегралов, стоящий под знаком суммы равен Q i / e o . Следовательно,

(5А)

Эта формула выражает теорему Гаусса для электростатического поля в вакууме: поток вектора напряженности электростатического поля в вакууме через произвольную замкнутую поверхность равен алгебраической сумме заключенных внутри этой поверхности зарядов, деленной на ε о . Эта теорема выведена математически для векторного поля любой природы русским математиком М.В.Остроградским (1801–1862), а затем независимо от него применительно к электростатическому полю – К.Гауссом.

В общем случае электрические заряды могут быть «размазаны» с некоторой объемной плотностью ρ = dQ /dV , различной в разных местах пространства. Тогда суммарный заряд заключенный внутри замкнутой поверхности S , охватывающей некоторый объем V равен .

Тогда теорему Гаусса можно записать так:

6. Применение теоремы Гаусса к

расчету некоторых электростатических полей в вакууме

1. Поле равномерно заряженной бесконечной плоскости . Бесконечная плоскость заряжена с постоянной поверхностной плотностью +σ (σ = dQ /dS – заряд, приходящийся на единицу поверхности). Линии напряженности перпендикулярны рассматриваемой плоскости и направлены от нее в обе стороны. В качестве замкнутой поверхности выделим цилиндр, основания которого параллельны заряженной плоскости, а ось перпендикулярна ей. Так как образующие цилиндра параллельны линиям напряженности (cosα = 0), то поток вектора напряженности сквозь боковую поверхность цилиндра равен нулю, а полный поток сквозь цилиндр равен сумме потоков сквозь его основания (площади оснований равны и для основания Е n совпадает с Е ), т. е. равен 2ЕS . Заряд, заключенный внутри цилиндра, равен σS . Согласно теореме Гаусса 2ЕS = σS /ε o , откуда

E = σ /2ε o (6)

Из формулы вытекает, что Е не зависит от длины цилиндра, т.е. напряженность поля на любых расстояниях одинакова по модулю, иными словами, поле равномерно заряженной плоскости однородно .

2.. Пусть плоскости заряжены равномерно разноименными зарядами с поверхностными плотностями +σ и –σ. Поле таких плоскостей найдем как суперпозицию полей, создаваемых каждой из плоскостей в отдельности. Как видно из рисунка, слева и справа от плоскостей поля вычитаются (линии напряженности направлены навстречу друг другу), поэтому здесь напряженность поля Е =0. В области между плоскостями Е = Е + + Е – (Е + и Е – определяются по формуле (6), поэтому результирующая напряженность Е = σ/ε о. Таким образом, поле в данном случае сосредоточено между плоскостями и является в этой области однородным.

3.. Сферическая поверхность радиуса R с общим зарядом Q заряжена равномерно с поверхностной плотностью +σ. Благодаря равномерному распределению заряда по поверхности поле, создаваемое им, обладает сферической симметрией. Поэтому линии напряженности направлены радиально). Выделим мысленно сферу радиуса r , имеющую общий центр с заряженной сферой. Если r>R , то внутрь поверхности попадает весь заряд Q , создающий рассматриваемое поле, и, по теореме Гаусса, 4πr 2 E = Q/ε o , откуда

(7)

Если r “R , то замкнутая поверхность не содержит внутри зарядов, поэтому внутри равномерно заряженной сферической поверхности электростатическое поле отсутствует (Е =0). Вне этой поверхности поле убывает с расстоянием r по такому же закону, как у точечного заряда.

4. Поле объемно заряженного шара. Шар радиуса R с общим зарядом Q заряжен равномерно с объемной плотностью ρ (ρ = dQ /dV – –заряд приходящийся на единицу объема). Учитывая соображения симметрии, можно показать, что для напряженности поля вне шара получится тот же результат, что и в предыдущем случае. Внутри же шара напряженность поля будет другая. Сфера радиуса r “R охватывает заряд Q ” =4/3 πr ” 3 ρ. Поэтому, согласно теореме Гаусса , 4πr ” 2 Е = Q “/ε о = =4/3 πr ” 3 ρ/ε о. Учитывая, что ρ = Q /(4/3πR 3), получим

. (8)

Таким образом, напряженность поля вне равномерно заряженного шара описывается формулой (7), а внутри его изменяется линейно с расстоянием r ” согласно выражению (8).

5.. Бесконечный цилиндр радиуса R заряжен равномерно с линейной плотностью τ (τ = dQ /dl – – заряд приходящийся на единицу длины). Из соображений симметрии следует, что линии напряженности будут радиальными прямыми, перпендикулярными поверхности цилиндра. В качестве замкнутой поверхности выделим коаксиальный с заряженным цилиндр радиуса r и длиной l . Поток вектора Е сквозь торцы коаксиального цилиндра равен нулю (торцы параллельны линиям напряженности), а сквозь боковую поверхность 2πrlE .

По теореме Гаусса , при r >R rlE = τl /ε o , откуда

(9)

Если r R , то замкнутая поверхность зарядов внутри не содержит, поэтому в этой области Е = 0. Таким образом, напряженность поля вне равномерно заряженного бесконечного цилиндра определяется выражением (8), внутри же его поле отсутствует.

7.Циркуляция вектора напряженности электростатического поля

Если в электростатическом поле точечного заряда Q из точки 1 в точку 2 вдоль произвольной траектории перемещается другой точечный заряд Q o , то сила, приложенная к заряду, совершает работу. Работа на элементарном пути dl равна .

Так как dl cos α = dr , то . Работа при перемещении заряда Q o из точки 1 в точку 2

(10)

не зависит от траектории перемещения, а определяется только положениями начальной 1 и конечной 2 точек. Следовательно, электростатическое поле точечного заряда является потенциальным , а электростатические силы – консервативными.

Из формулы (10) следует, что работа, совершаемая при перемещении электрического заряда во внешнем электростатическом поле по любому замкнутому пути L равна нулю, т. е.

Если в качестве заряда, переносимого в электростатическом поле, взять единичный точечный положительный заряд то элементарная работа сил поля на пути dl равна E dl = Е l dl , где Е l = Е cosα – проекция вектора Е на направление элементарного перемещения. Тогда формулу можно записать в виде = 0.

Интеграл называется циркуляцией вектора напряженности . Следовательно, циркуляция вектора напряженности электростатического поля вдоль любого замкнутого контура равна нулю. Из этого следует также, что линии напряженности электростатического поля не могут быть замкнутыми.

Полученная формула справедлива только для электростатического поля. В дальнейшем будет показано, что поле движущихся зарядов потенциальным не является и условие (5*) для него не выполняется.

7.Потенциал электростатического поля

Тело, находящееся в потенциальном поле сил (а электростатическое поле является потенциальным), обладает потенциальной энергией, за счет которой силами поля совершается работа. Как известно из механики, работа консервативных сил совершается за счет убыли потенциальной энергии. Поэтому работу сил электростатического поля можно представить как разность потенциальных энергий, которыми обладает точечный заряд Q o в начальной и конечной точках поля заряда Q : ,

откуда следует, что потенциальная энергия заряда Q o в поле заряда Q равна , которая, как и в механике, определяется с точностью до произвольной постоянной С. Если считать, что при удалении заряда в бесконечность (r→ ∞) потенциальная энергия обращается в нуль (U = 0), то С = 0 и потенциальная энергия заряда Q o , находящегося в поле заряда Q на расстоянии г от него, равна

(12)

Для одноименных зарядов Q o Q > 0 и потенциальная энергия их взаимодействия (отталкивания) положительна. Для разноименных зарядов Q o Q

Если поле создается системой n точечных зарядов Q 1 , Q 2 , …Q n , то при соблюдении принципа суперпозиции потенциальная энергия U заряда Q o находящегося в этом поле, равна сумме его потенциальных энергий U i , создаваемых каждым из зарядов в отдельности

(13)

Из формул (12) и (13) вытекает, что отношение U /Q o не зависит от Q o и является поэтому энергетической характеристикой электростатического поля, называемой потенциалом :

Потенциал φ в какой-либо точке электростатического поля есть физическая величина, определяемая потенциальной энергией единичного положительного заряда, помещенного в эту точку. Из формул (12) и (13) следует, что потенциал поля, создаваемого точечным зарядом Q , равен

Работа, совершаемая силами электростатического поля при перемещении заряда Q o из точки 1 в точку 2, может быть представлена как

A 12 =U 1 –U 2 =Q o (φ 1 -φ 2), (15)

т.е. работа равна произведению переносимого заряда на разность потенциалов в начальной и конечной точках .

Работа сил поля при перемещении заряда Q o из точки 1 в точку 2 может быть записана также в виде

Приравняв (14) и (15), придем к соотношению φ 1 -φ 2 = , где интегрирование можно производить вдоль любой линии, соединяющей начальную и конечную точки, так как работа сил электростатического поля не зависит от траектории перемещения.

Если перемещать заряд Q o из произвольной точки за пределы поля, т.е. в бесконечность, где по условию потенциал равен нулю, то работа сил электростатического поля, согласно (15), A ∞ =Q o φ или

Таким образом, потенциал – физическая величина, определяемая работой по перемещению единичного положительного заряда при удалении его из данной точки в бесконечность. Эта работа численно равна работе, совершаемой внешними силами (против сил электростатического поля) по перемещению единичного положительного заряда из бесконечности в данную точку поля.

Из выражения (14) следует, что единица потенциала – вольт (В): 1 В – есть потенциал такой точки поля, в которой снаряд в 1 Кл обладает потенциальной энергией 1 Дж (1 В = 1 Дж/Кл). Учитывая размерность вольта можно показать, что введенная ранее единица напряженности электростатического поля действительно равна 1 В/м: 1 Н/Кл = 1 Н м/(Кл м) = 1 Дж/(Кл м) = 1 В/м.

Из формул (14) и (15) вытекает, что если поле создается несколькими зарядами, то потенциал поля системы снарядов равен алгебраической сумме потенциалов полей всех этих зарядов . В этом заключается существенное преимущество скалярной энергетической характеристики электростатического поля – потенциала – перед его векторной силовой характеристикой – напряженностью, которая равна геометрической сумме напряженностей слагаемых полей.

Напряженность как градиент потенциала. Эквипотенциальные поверхности

Найдем взаимосвязь между напряженностью электростатического поля, являющейся его силовой характеристикой, и потенциалом – энергетической характеристикой поля.

Работа по перемещению единичного точечного положительного заряда из одной точки в другую вдоль оси х при условии, что точки расположены бесконечно близко друг к другу и х 2 – х 1 = dx , равна Е x dx . Та же работа равна φ 1 – φ 2 = –. Приравняв оба выражения, можем записать , где символ частной производной подчеркивает, что дифференцирование производится только по х . Повторив аналогичные рассуждения для осей у и z , можем найти вектор Е :

, (16)

где i , j , k – единичные векторы координатных осей х , у , z .

Из определения градиента и (1.6) следует, что , или , т. е. напряженностьЕполя равна градиенту потенциала со знаком минус . Знак минус определяется тем, что вектор напряженности Е поля направлен в сторону убывания потенциала.

Для графического изображения распределения потенциала электростатического поля, как и в случае поля тяготения, пользуются эквипотенциальными поверхностями – поверхностями, во всех точках которых потенциал φ имеет одно и то же значение .

Таким образом, эквипотенциальные поверхности в данном случае – концентрические сферы. С другой стороны, линии напряженности в случае точечного заряда – радиальные прямые. Следовательно, линии напряженности в случае точечного заряда перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям.

Рассуждения приводят к выводу о том, что линии напряженности всегда нормальны к эквипотенциальным поверхностям. Действительно, все точки эквипотенциальной поверхности имеют одинаковый потенциал, поэтому работа по перемещению заряда вдоль этой поверхности равна нулю, т. е. электростатические силы, действующие на заряд, всегда направлены по нормалям к эквипотенциальным поверхностям. Следовательно, вектор Е всегда нормален к эквипотенциальным поверхностям, а поэтому линии вектора Е ортогональны этим поверхностям.

Эквипотенциальных поверхностей вокруг каждой системы зарядов можно провести бесчисленное множество. Однако их обычно проводят так, чтобы разности потенциалов между любыми двумя соседними эквипотенциальными поверхностями были одинаковы. Тогда густота эквипотенциальных поверхностей наглядно характеризует напряженность поля в разных точках. Там, где эти поверхности расположены гуще, напряженность поля больше.

Зная расположение линий напряженности электростатического поля, можно построить эквипотенциальные поверхности и, наоборот, по известному расположению эквипотенциальных поверхностей можно определить в каждой точке поля величину и направление напряженности поля. На рисунке для примера показан вид линий напряженности (пунктирные линии) и эквипотенциальных поверхностей (сплошные линии) поля заряженного металлического цилиндра, имеющего на одном конце выступ, а на другом – впадину.

Вычисление потенциала по напряженности поля

Установленная связь между напряженностью поля и потенциалом позволяет по известной напряженности поля найти разность потенциалов между двумя произвольными точками этого поля.

1.Поле равномерно заряженной бесконечной плоскости определяется формулой Е = σ/2ε о, где σ – поверхностная плотность заряда. Разность потенциалов между точками, лежащими на расстояниях х 1 и х 2 от плоскости (используем формулу (16)), равна

2.Поле двух бесконечных параллельных разноименно заряженных плоскостей определяется формулой Е = σ/ε о, где σ – поверхностная плотность заряда. Разность потенциалов между плоскостями, расстояние между которыми равно d (см. формулу (15)), равна

.

3.Поле равномерно заряженной сферической поверхности радиуса R с общим зарядом Q вне сферы (r > Q ) вычисляется по формуле: . Разность потенциалов между двумя точками, лежащими на расстояниях r 1 , и r 2 от центра сферы (r 1 >R , r 2 >R ), равна

Если принять r 1 = R , и r 2 = ∞, то потенциал заряженной сферической поверхности .

4. Поле равномерно заряженного шара радиуса R с общим зарядом Q вне шара (r >R ) вычисляется по формуле (82.3), поэтому разность потенциалов между двумя точками, лежащими на расстояниях r 1 , и r 2 , от центра шара (r 1 >R , r 2 >R ), определяется формулой (86.2). В любой точке, лежащей внутри шара на расстоянии r ” от его центра (r ” R ), напряженность определяется выражением (82.4): .Следовательно, разность потенциалов между двумя точками, лежащими на расстояниях r 1 “, и r 2 ′ от центра шара (r 1 “R , r 2 ′R ), равна

.

5. Поле равномерно заряженного бесконечного цилиндра радиуса R , заряженного с линейной плотностью τ, вне цилиндра (r >R ) определяется формулой (15): .

Следовательно, разность потенциалов между двумя точками, лежащими на расстояниях r 1 , и r 2 , от оси заряженного цилиндра (г 1 >R, г 2 >R), равна

.

Типы диэлектриков. Поляризация диэлектриков

Диэлектрик (как и всякое вещество) состоит из атомов и молекул. Положительный заряд сосредоточен в ядрах атомов, а отрицательный – в электронных оболочках атомов и молекул. Так как положительный заряд всех ядер молекулы равен суммарному заряду электронов, то молекула в целом электрически нейтральна. Если заменить положительные заряды ядер молекулы через суммарный заряд +Q , находящийся в центре «тяжести» положительных зарядов, а заряд всех электронов – суммарным отрицательным снарядом –Q , находящимся в центре «тяжести» отрицательных зарядов, то молекулу можно рассматривать как электрический диполь с электрическим моментом, определенным формулой (80.3).

Первую группу диэлектриков (N 2 , H 2 О 2 , СН 4 ..) составляют вещества, молекулы которых имеют симметричное строение, т.е. центры «тяжести» положительных и отрицательных зарядов в отсутствие внешнего электрического поля совпадают и, следовательно, дипольный момент молекулы р равен нулю. Молекулы таких диэлектриков называются неполярнымц Под действием внешнего электрического поля заряды неполярных молекул смещаются в противоположные стороны (положительные по полю, отрицательные против поля) и молекула при обретает дипольный момент.

Вторую группу диэлектриков (Н 2 О, NН 3 , SО 2 , СО, и т.д.) составляют вещества, молекулы которых имеют асимметричное строение, т.е. центры «тяжести» положительных и отрицательных зарядов не совпадают. Таким образом, эти молекулы в отсутствие внешнего электрического поля обладают дипольным моментом. Молекулы таких диэлектриков называются полярными. При отсутствии внешнего поля, однако, дипольные моменты полярных молекул вследствие теплового движения ориентированы в пространстве хаотично и их результирующий момент равен нулю. Если такой диэлектрик поместить во внешнее поле, то силы этого поля будут стремиться повернуть диполи вдоль поля.

Третью группу диэлектриков (NаС1, КСl, КВг,…) составляют вещества, молекулы которых имеют ионное строение. Ионные кристаллы представляют собой пространственные решетки с правильным чередованием ионов разных знаков. В этих кристаллах нельзя выделить отдельные молекулы, а рассматривать их можно как систему двух в

Абсолютно всем известно такое понятие, как закон сохранения энергии . Энергия не возникает из ничего и не пропадает в никуда. Она только переходит из одной формы в другую.

Это основополагающий закон Вселенной. Именно благодаря этому закону Вселенная может существовать стабильно и продолжительно.

Формулировка закона сохранения заряда

Существует еще один подобный закон, который тоже является одним из основополагающих. Это закон сохранения электрического заряда.

В телах, которые находятся в покое и электрически нейтральны, заряды противоположных знаков равны по величине и взаимно компенсируют друг друга. Когда происходит электризация одних тел другими, заряды переходят с одного тела на другое, однако их общий суммарный заряд остается прежним.

В изолированной системе тел общий суммарный заряд всегда равен некоторой постоянной величине: q_1+q_2+⋯+q_n=const, где q_1, q_2, …, q_n заряды тел или частиц, входящих в систему.

Как же быть с превращением частиц?

Существует один момент, который может вызывать вопросы превращение частиц. Действительно, частицы могут рождать и исчезать, переходя при этом в другие частицы, излучение или энергию.

При этом такие процессы могут происходить как с нейтральными, так и с несущими заряд частицами. Как же быть в таком случае с законом сохранения заряда?

Оказалось, что рождение и исчезновение частиц может происходить только парно. То есть частицы переходят в иной тип существования, например, в излучение только парой, когда исчезают одновременно и положительная и отрицательная частицы.

При этом появляется некий вид излучения и определенная энергия. В обратном случае, когда под влиянием некоего излучения и потреблением энергии рождаются заряженные частицы, то они тоже рождаются только парой: положительная и отрицательная.

Соответственно, общий заряд новоявленной пары частиц будет равен нулю и закон сохранения заряда выполняется.

Экспериментальное подтверждение закона

Выполнение закона сохранения электрического заряда подтверждено экспериментально множество раз. Нет ни одного факта, который бы говорил об ином.

Поэтому, ученые полагают, что полный электрический заряд всех тел во Вселенной сохраняется неизменным и, скорее всего, равен нулю. То есть количество всех положительных зарядов равно количеству всех отрицательных зарядов.

Природа существования закона сохранения заряда пока непонятна. В частности, непонятно, почему заряженные частицы рождаются и аннигилируют только парами.

При электризации тел выполняется закон сохранения электрического заряда . Этот закон справедлив для замкнутой системы. В замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов всех частиц остается неизменной . Если заряды частиц обозначить через q 1 , q 2 и т.д., то

q 1 + q 2 + q 3 + … + q n = const.

Основной закон электростатики – закон кулона

Если расстояние между телами во много раз больше их размеров, то ни форма, ни размеры заряженных тел существенно не влияют на взаимодействия между ними. В таком случае эти тела можно рассматривать как точечные.

Сила взаимодействия заряженных тел зависит от свойств среды между заряженными телами.

Сила взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей заряда и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Эту силу называют кулоновской.

|q 1 | и |q 2 | – модули зарядов тел,

r – расстояние между ними,

k – коэффициент пропорциональности.

F сила взаимодействия

Силы взаимодействия двух неподвижных точечных заряженных тел направлены вдоль прямой, соединяющей эти тела.

Единица электрического заряда

Единица силы тока – ампер.

Один кулон (1 Кл) – это заряд, проходящий за 1 с через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А

g [Кулон=Кл]

е=1,610 -19 Кл

-электрическая постоянная

БЛИЗКОДЕЙСТВИЕ И ДЕЙСТВИЕ НА РАССТОЯНИИ

Предположение о том, что взаимодействие между удаленными друг от друга телами всегда осуществляется с помощью промежуточных звеньев (или среды), передающих взаимодействие от точки к точке, составляет сущность теории близкодействия. Распр. с конечной скоростью.

Теория прямого действия на расстоянии непосредственно через пустоту. Согласно этой теории действие передается мгновенно на сколь угодно большие расстояния.

Обе теории являются взаимно противоположными друг другу. Согласно теории действия на расстоянии одно тело действует на другое непосредственно через пустоту и это действие передается мгновенно.

Теория близкодействия утверждает, что любое взаимодействие осуществляется с помощью промежуточных агентов и распространяется с конечной скоростью.

Существования определенного процесса в пространстве между взаимодействующими телами, который длится конечное время, – вот главное, что отличает теорию близкодействия от теории действия на расстоянии.

Согласно идее Фарадея электрические заряды не действуют друг на друга непосредственно. Каждый из них создает в окружающем пространстве электрическое поле. Поле одного заряда действует на другой заряд, и наоборот. По мере удаления от заряда поле ослабевает.

Электромагнитные взаимодействия должны распространятся в пространстве с конечной скоростью.

Электрическое поле существует реально, его свойства можно исследовать опытным путем, но мы не можем сказать из чего это поле состоит.

О природе электрического поля можно сказать, что поле материально; оно сущ. независимо от нас, от наших знаний о нем;

Поле обладает определенными свойствами, которые не позволяют спутать его с чем-либо другим в окружающем мире;

Главное свойство электрического поля – действие его на электрические заряды с некоторой силой;

Электрическое поле неподвижных зарядов называют электростатическим . Оно не меняется со временем. Электростатическое поле создается только электрическими зарядами. Оно существует в пространстве, окружающем эти заряды, и неразрывно с ним связано.

Напряженность электрического поля.

Отношение силы, действующей на помещенный в данную точку поля заряд, к этому заряду для каждой точки поля не зависит от заряда и может рассматриваться как характеристика поля.

Напряженность поля равна отношению силы, с которой поле действует на точечный заряд, к этому заряду.


Напряженность поля точечного заряда.

.

Модуль напряженности поля точечного заряда q o на расстоянии r от него равен:

.

Если в данной точке пространства различные заряженные частицы создают электрические поля, напряженности которых и т. д., то результирующая напряженность поля в этой точке равна:

СИЛОВЫЕ ЛИНИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛ.

НАПРЯЖЕННОСТЬ ПОЛЯ ЗАРЯЖЕННОГО ШАРА

Электрическое поле, напряженность которого одинакова во всех точках пространства, называется однородным.

Густота силовых линий больше вблизи заряженных тел, где напряженность поля также больше.

-напряженность поля точечного заряда.

Внутри проводящего шара (r > R) напряженность поля равна нулю.

ПРОВОДНИКИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ.

В проводниках имеются заряженные частицы, способные перемещаться внутри проводника под влиянием электрического поля. Заряды этих частиц называют свободными зарядами.

Электростатического поля внутри проводника нет. Весь статический заряд проводника сосредоточен на его поверхности. Заряды в проводнике могут располагаться только на его поверхности.

Рекомендуем также

Закон сохранения электрического заряда

| на главную | доп. материалы | физика как наука и предмет | электричество и электромагнетизм |

Организационные, контрольно-распорядительные и инженерно-технические услуги
в сфере жилой, коммерческой и иной недвижимости. Московский регион. Официально.

Еще в глубокой древности было известно, что янтарь, потертый о шерсть, притягивает легкие предметы. Английский врач Джильберт (конец XVI в.) назвал тела, способные после натирания притягивать легкие предметы, наэлектризованными. Сейчас мы гово­рим, что тела при этом приобретают электрические заряды. Несмотря на огромное разнообразие веществ в природе, существует только два типа электрических зарядов: заряды, подобные возникающим на стекле, потертом о кожу (их назвали положитель­ными), и заряды, подобные возникающим на эбоните, потертом о мех (их назвали отрицательными), одноименные заряды друг от друга отталкиваются, разноимен­ные — притягиваются.

Опытным путем (1910—1914) американский физик Р. Милликен (1868—1953) пока­зал, что электрический заряд дискретен, т. е. заряд любого тела составляет целое кратное от элементарного электрического заряда е (е=1,6×10–19 Кл). Электрон (me=9,11×10–31 кг) и протон (тp= 1,67×10–27 кг) являются соответственно носителями элементарных отрицательного и положительного зарядов.

Все тела в природе способны электризоваться, т. е. приобретать электрический заряд. Электризация тел может осуществляться различными способами: соприкоснове­нием (трением), электростатической индукцией и т. д. Всякий процесс заряжения сводится к разделению зарядов, при котором на одном из тел (или части тела) появляется избыток положительного заряда, а на другом (или другой части тела) — избыток отрицательного заряда. Общее количество зарядов обоих знаков, содержащихся в телах, не изменяется: эти заряды только перераспределяются между телами.

Из обобщения опытных данных был установлен фундаментальный закон природы, экспериментально подтвержденный в 1843 г. английским физиком М. Фарадеем (1791—1867), — закон сохранения заряда: алгебраическая сумма электрических зарядов любой замкнутой системы (системы, не обменивающейся зарядами с внешними тела­ми) остается неизменной, какие бы процессы ни происходили внутри этой системы.

Электрический заряд — величина релятивистски инвариантная, т. е. не зависит от системы отсчета, а значит, не зависит от того, движется этот заряд или покоится.

В зависимости от концентрации свободных зарядов тела делятся на проводники, диэлектрики и полупроводники. Проводники — тела, в которых электрический заряд может перемещаться по всему его объему. Проводники делятся на две группы: 1) про­водники первого рода (металлы) — перенос в них зарядов (свободных электронов) не сопровождается химическими превращениями; 2) проводники второго рода (например, расплавленные соли, растворы кислот) — перенос в них зарядов (положительных и отрицательных ионов) ведет к химическим изменениям. Диэлектрики (например, стекло, пластмассы) — тела, в которых практически отсутствуют свободные заряды. Полупроводники (например, германий, кремний) занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Указанное деление тел является весьма усло­вным, однако большое различие в них концентраций свободных зарядов обусловливает огромные качественные различия в их поведении и оправдывает поэтому деление тел на проводники, диэлектрики и полупроводники.

Единица электрического заряда (производная единица, так как определяется через единицу силы тока) — кулон (Кл) — электрический заряд, проходящий через попереч­ное сечение проводника при силе тока 1 А за время 1 с.


Закон сохранения электрического заряда – Энциклопедия по машиностроению XXL

Закон сохранения электрического заряда. . . . 128  [c.127]

ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЗАРЯДА  [c.128]

Закон сохранения электрического заряда. Установим на демонстрационном столе два одинаковых электрометра. На стержне первого из них укрепим металлический диск и поставим на него второй такой же диск с ручкой из изолятора. Между дисками поместим прослойку из с ч на или другого материала, являющегося изолятором. Взявшись за ручку, совершим несколько движений верхним диском по прослойке и поднимем этот диск (рис. 125).  [c.129]


Этот экспериментально установленный факт называется законом сохранения электрического заряда.  [c.130]

Особый случай представляет встреча заряженных античастиц, например электрона и позитрона. В этом случае положительный и отрицательный электрические заряды действительно исчезают, но в полном соответствии с законом сохранения электрического заряда, так как алгебраическая сумма зарядов электрона и позитрона равна нулю.[c.131]

Если на одном конце трубы под действием электрического поля заряженной палочки появился положительный электрический заряд, то на другом конце в соответствии с законом сохранения электрического заряда должен появиться равный ему по абсолютному значению отрицательный электрический заряд.  [c.141]

Закон сохранения электрического заряда — один из фундаментальных законов природы, утверждающий, что алгебраическая сумма электрических зарядов любой замкнутой системы остается неизменной, т. е. совершенно строго в каждой реакции с участием элементарных частиц суммарный электрический заряд частиц, вступающих в реакцию, всегда равняется суммарному заряду частиц-продуктов реакции. Некоторые примеры приведены в таблице 21.  [c.353]

Легко предсказать свойства нейтрино. В соответствии с законом сохранения электрического заряда и с тем, что нейтрино че ионизует атомов среды, через которую оно пролетает, заряд нейтрино должен быть равен нулю. Масса нейтрино тоже должна быть равна нулю (или во всяком случае много меньше массы электрона — см. п.З этого параграфа). Это связано с тем, что нейтрино уносит большую часть энергии р-распада. Из отсутствия ионизации следует также равенство нулю или чрезвычайная малость магнитного момента нейтрино. Спин нейтрино должен быть полуцелым. Это связано с тем, что характер спина (целый или полуцелый) атомного ядра определяется, как было показано в 4, массовым числом А. В процессе р-распада А не меняется и, следовательно, характер спина ядра должен сохраняться. Вместе с тем вылетающий в результате р-распада электрон уносит с собой спин /г/2, что должно привести к изменению характера спина ядра. Противоречие устраняется, если приписать нейтрино полуцелый спин. Теоретический расчет формы р-спектра, сделанный в разных предположениях относительно значения спина нейтрино, показал, что его спин должен быть равен h /2. Проведенное рассуждение одинаково справедливо как для р–распада, так и для р+-распада.[c.144]


При изучении ядерной реакции представляют интерес идентификация каналов реакции, сравнительная вероятность протекания ее по разным каналам при различных энергиях падающих частиц, энергия и угловое распределение образующихся частиц, а также их внутреннее состояние (энергия возбуждения, спин, четность, изотопический спин). Многие сведения о ядерных реакциях могут быть получены в результате применения законов сохранения, которые накладывают определенные ограничения на характер протекания ядерных реакций. Мы рассмотрим законы сохранения электрического заряда, числа нуклонов, энергии, импульса, момента количества движения, четности, изотопического спина.  [c.258]

ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЗАРЯДА И ЧИСЛА НУКЛОНОВ (БАРИОННОГО ЗАРЯДА)  [c.259]

Кроме закона сохранения полной энергии в ядерных реакциях выполняется еще целый ряд законов сохранения законы сохранения электрического заряда и числа нуклонов (т. е. барионного заряда) , законы сохранения импульса, момента количества движения и четности, а также закон сохранения изотопического спина. Последний закон сохранения является следствием зарядовой независимости (изотопической инвариантности ) ядерных сил все три элементарные, чисто ядерные (т. е. без учета электромагнитного) взаимодействия нуклонов тождественны р — р = п — п = п — р), если нуклоны находятся в одинаковых пространственных и спиновых состояниях.  [c.282]

Предполагая, что закон сохранения барионного заряда должен выполняться в процессе рождения я -мезонов, и используя закон сохранения электрического заряда, легко записать схемы ядерных реакций, в которых могут рождаться л -мезоны под действием быстрых протонов  [c.567]

Любопытно отметить, что процесс (11.20) противоречит гипотезе о существовании кванта слабого взаимодействия — заряженного 1 -бозона (диаграмма 69 не согласуется с законом сохранения электрического заряда).  [c. 115]

Из-за дробности электрического заряда ему не на что распадаться, В связи с этим такие кварки могут накапливаться в земной коре или в воде океана. Более тяжелые кварки могут превращаться в легкие без нарушения закона сохранения электрического заряда.  [c.317]

В физике ядерных реакций очень существенны законы сохранения, Каждый закон сохранения состоит в том, что определенная физическая величина должна быть одинаковой до и после столкновения. Тем самым требование сохранения всегда накладывает какие-то ограничения, или, как их называют, запреты, на характеристики конечных продуктов. Так, из закона сохранения электрического заряда следует, что суммарный заряд продуктов реакции должен равняться суммарному заряду исходных частиц. Поэтому, например, в реакциях (р, п) электрический заряд ядра должен возрастать на единицу  [c.118]

Ко второй группе мы отнесем точные законы сохранения зарядов. Все эти законы аналогичны закону сохранения электрического заряда. Любой физической системе приписываются целочисленный заряд каждого сорта, причем каждый заряд аддитивен и сохраня-  [c.283]

Роль законов сохранения зарядов сводится к запрещению процессов с изменением величины хотя бы одного из суммарных зарядов. Например, распад дейтрона d на положительный пион я+ и у-квант не запрещен законом сохранения электрического заряда, но запрещен законом сохранения барионного заряда, так как дейтрон обладает барионным зарядом В = 2, а положительный пион имеет нулевой барионный заряд  [c.288]

Несколько слов о законе сохранения барионного заряда, который имеет место наряду с законом сохранения электрического заряда. Согласно этому закону каждой частице можно приписать некоторое целочисленное значение барионного заряда таким образом, что алгебраическая сумма барионных зарядов всех частиц будет постоянной вне зависимости от происходящих процессов. К примеру, барионные заряды электрона и 7-кванта равны нулю барионные заряды протона и нейтрона равны единице. Следовательно, массовое число А определяет барионный заряд ядра. Этот закон обеспечивает стабильность атомного ядра и запрещает энергетически выгодные превращения частиц.  [c.488]


П4.3.2. Законы сохранения в ядерных реакциях. В любой ядерной реакции выполняются законы сохранения электрических зарядов, массовых чисел, энергии, импульса и момента импульса.  [c.506]

Если теперь мы сможем убедиться, что функции, определенные в (11.31), удовлетворяют также условиям (11.28), то их можно считать приближенным решением уравнении поля (11.23). Но такая проверка должна быть совершенно аналогична проверке справедливости калибровки Лоренца для электромагнитных потенциалов. А эта последняя основана на законе сохранения электрического заряда [см. (5.41)]. В нашем случае справедливость (11.28) следует из закона сохранения энергии и импульса, который в приближении слабого поля имеет вид  [c.308]

К основным принципам электродинамики относится также закон сохранения электрического заряда, находящий свое отражение в уравнении непрерывности тока  [c. 11]

Эти уравнения дополняются законом сохранения электрического заряда в интегральной форме  [c.174]

Закон сохранения электрического заряда  [c.176]

Таким образом, из фазовой симметрии следует закон сохранения вероятности. В одночастичной теории этот закон сохранения можно отождествить с законом сохранения электрического заряда.  [c.135]

В уравнениях, выражающих радиоактивные превращения или искусственно вызванные ядерные реакции, сумма массовых чисел в одной части уравнения должна быть равна их сумме в другой части. Это выражает факт неуничтожаемости нуклонов при ядерных превращениях. При ядерных превращениях строго выполняется также и закон сохранения электрического заряда.  [c.83]

Из закона сохранения электрического заряда и закона сохранения массовых чисел вытекает правило смещения, установленное около 1913 г. независимо друг от друга английским физиком, Ф. Содди и немецким физиком К- Фаянсом. Это правило имело большое значение в истории изучения радиоактивности, так как оно сравнительно просто позволяло определить место (и предсказав) свойства) получающегося элемента — изотопа в периодической системе, исходя из положения распадающегося изотопа.  [c.208]

Прежде всего в ядерных реакциях имеет место закон сохранения электрического заряда. Полный электрический заряд (точнее, Q Ne —Ne ) ядра А и частицы а всегда равняется полному заряду продуктов реакции В -г Ь, ни в одной из наблюдавшихся реакций не отмечено нарушения этого положения. В процессе реакции возможно превращение протона в нейтрон (или наоборот), но при этом обязательно возникает позитрон или положительный мезон или же исчезает электрон. Образование электронно-иозитронных пар также подтверждает высказанное правило. При записи ядерных реакций формально это выражается в том, что суммы нижних индексов, выражаюш,их порядковый номер — заряд ядра и частицы,— в правой и левой частях уравнения ядерной реакции должны быть равны (см. реакции VH.2 и УП.З).  [c.265]

Сильные взаимодействия имеют место между нуклонами, антинуклонами, гиперонами, антигиперонами, между л”–, я -, / -мезонами. Сильные взаимодействия не имеют места для леп-тонов. Сильными взаимодействиями обусловлены связи нуклонов в ядре (почему они и называются ядерными взаимодействиями) и процессы образования гиперонов и мезонов при ядерных столкновениях. Основная часть ядерного взаимодействия (ядерных сил), по-видимому, обусловлена л-мезонным обменом между нуклонами в ядре. Поэтому сильное взаимодействие называется также я-ме-зонным взаимодействием. Эти взаимодействия характеризуются следующими законами сохранения электрического заряда, барион-ного заряда, энергии, импульса, спина (момента количества движения), изотопического спина Т и его проекции странности (вытекает из законов сохранения Т , электрического и барионного зарядов), четности.  [c.360]

Из этого ура1внения следует, что образование антинуклона может происходить только вместе с нуклоном, подобно тому как при рождении (е+—е )-пары позитрон образуется только вместе с электроном. При этом по отношению к процессам рождения и аннигиляции оба типа нуклонов (р и п) и антинуклонов р и Я) выступают симметричным образом. Это означает, что процесс аннигиляции наблюдается при столкновении любого нуклона (р или п) с любым антинуклоном р или п). То же относится и к процессу их совместного образования. (Разумеется, при составлении соответствующих уравнений надо учитывать закон сохранения электрического заряда.)  [c.217]

Атомный номер Z равен электрическому заряду ядра в единицах абсолютной величины заряда электрона. Электрический заряд является целочисленной ) величиной, строго сохраняющейся при любых (в том числе и при неэлектромагнитных) взаимодействиях. Совокупность имеющихся экспериментальных данных о взаимопревращениях атомных ядер и элементарных частиц показывает, что кроме закона сохранения электрического заряда существует аналогичный строгий закон сохранения барионного заряда. Именно, каждой частице можно приписать некоторое значение барионного заряда, причем алгебраическая сумма барионных зарядов всех частиц остается неизменной при каких угодно процессах. Барионные заряды всех частиц целочисленны. Барионный заряд электрона и v-кванта )авен нулю, а барионные заряды протона и нейтрона равны единице. Лоэтому массовое число А является барионным зарядом ядра. Закон сохранения барионного заряда обеспечивает стабильность атомных ядер. Например, этим законом запрещается выгодное энергетически и разрешенное всеми остальными законами сохранения превращение двух нейтронов ядра в пару легчайших частиц — v-квантов. Закон  [c.35]


Конечно, не все реакции рождения частиц возможны даже при достаточно большой кинетической энергии столкновения. Многие из них запрещены законом сохранения электрического заряда и другими законами сохранения, подробно рассматриваемыми в следующих параграфах. Несмотря на это, можно утверждать, что при достаточно высокой энергии любого столкновения возможно рождение каких угодно частиц. Например, из-за сохранения электрического и барионного (см. гл. И, 2, а также 2 этой главы) зарядов при столкновении двух протонов не может родиться третий протон. Но у протона есть двойник — антипротон р, у которого оба заряда равны по абсолютной величине и противоположны по знаку зарядам протона. Поэтому рождение пары протон — антипротон законами сохранения зарядов не запрещено. Как образно выразился Д. И. Бло-хинцев, при столкновении протон — протон может породиться хоть вся Вселенная, была бы достаточно велика энергия столкновения.  [c.274]

Но в слабых взаимодействиях за один распад странность может измениться не более чем на единицу (см. условие е)). Поэтому каскадный гиперон может превратиться в обычные частицы не сразу, а лишь путем нескольких последовательных распадов. Этот каскад распадов и породил название этих частиц. Для примера рассмотрим распад Н -гиперона. Так как для этой частицы S = —2, В = I, то при распаде должна получиться система с S = —1, В = I. Такой системой является комбинация нуклон плюс антикаон, например, п + К – Но согласно табл. 7.3 т=оэнергетически невозможен. С другой стороны, системой с S = —1, В = 1 является обычный, не каскадный, гиперон, например Л. Но превращение Е -гиперона в один Л-гнперон тоже невозможно энергетически, так как Е -гиперону надо избавиться от избытка энергии, возникающей вследствие разности масс Е и Л-частиц. Эту избыточную энергию может унести частица с В = О, S = О, т. е. пион. Отсюда, учтя еще закон сохранения электрического заряда, получим, что Е -гиперон должен распадаться так  [c.312]

Применение гидродинамики специально к законам сохранения вещества и энергии привело к разработке разветвленных дисциплин о массо-обмене и теплообмене. В меньшей степени разработан вопрос об электрообмене (зарядообмене), связанный с законом сохранения электрических зарядов.  [c.277]

Процессы, запрещенные законом сохранения лептонного заряда (хотя они разрешены законами сохранения электрического заряда, энергии и импульса), такие, как безнейтринный двойной Р-распад  [c.251]

Из закона сохранения барионного заряда следует, что протон не может превратиться, например, в позитрон и фотон, хотя такое превращение ие нарушило бы ни закона сохранения электрического заряда, ни законов сохранения энергии, импульса и др. Если бы такое превращение было возможно, оно привело бы к аннигиляции атомов, так как позитроны, возникшие при исчезновении из протонов ядра, анннгилировали бы с электронами атомных оболочек  [c.251]

Скалярные модели снонтанного нарушения симметрии. Программа Гейзенберга и стимулированные ею сверхпроводящие модели элементарных частиц вызвали в первой половине 60-х годов значительный всплеск интереса к спонтанному нарушению симметрии у теоретиков-полевиков ). Этот интерес был подогрет сложившимся тогда пониманием факта, что для мира элементарных частиц типично некоторое нарушение большинства типов симметрии (кроме релятивистской инвариантности, закона сохранения электрического заряда и т.п.). Именно тогда были сформулированы постановка проблемы спонтанного нарушения симметрии в квантовой теории поля [21], теорема Голдстоуна [22] и др. Это в свою очередь привело к более глубокому пониманию спонтанного нарушения симметрии в теории многих тел и, в частности, в теории сверхпроводимости.[c.186]

Фарадей (Faraday) Майкл (1791-1867) — английский физик, основоположник учения об электромагнитном поле. Учился самостоятельно. Ввел основные понятия электромагнитного поля, высказал идею существования электромагнитных волн. Идею электромагнитного поля А. Эйнштейн рассматривал как самое важное открытие со времен Ньютона и в связи с этим писал Надо иметь могучий дар научного предвидения, чтобы распознать, что в описании электрических явлений не заряды и не частицы описывают суть явлений, а скорее пространство между зарядами и частицами . Открыл электромагнитную индукцию. Установил законы электролиза, названные его именем, открыл вращение плоскости поляризации света в магнитном поле (эффект Фарадея). Ввел понятие диэлектрической проницаемости, экспериментально доказал закон сохранения электрического заряда.  [c.28]

Вывести локальный закон сохранения электрического заряда 9ь рч) = V I, используя уравнение локального баланса массы в виде дг рк) = —V pkVk Записать этот закон в субстанциональной форме, используя решение задачи 1 и представление I = рдю + где  [c. 19]


Применение закона сохранения электрического заряда. Электрический заряд, закон сохранения электрического заряда

При электризации тел выполняется закон сохранения электрического заряда . Этот закон справедлив для замкнутой системы. В замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов всех частиц остается неизменной . Если заряды частиц обозначить через q 1 , q 2 и т.д., то

q 1 + q 2 + q 3 + … + q n = const.

Основной закон электростатики – закон кулона

Если расстояние между телами во много раз больше их размеров, то ни форма, ни размеры заряженных тел существенно не влияют на взаимодействия между ними. В таком случае эти тела можно рассматривать как точечные.

Сила взаимодействия заряженных тел зависит от свойств среды между заряженными телами.

Сила взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей заряда и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Эту силу называют кулоновской.

|q 1 | и |q 2 | – модули зарядов тел,

r – расстояние между ними,

k – коэффициент пропорциональности.

F сила взаимодействия

Силы взаимодействия двух неподвижных точечных заряженных тел направлены вдоль прямой, соединяющей эти тела.

Единица электрического заряда

Единица силы тока – ампер.

Один кулон (1 Кл) – это заряд, проходящий за 1 с через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А

g [Кулон=Кл]

е=1,610 -19 Кл

-электрическая постоянная

БЛИЗКОДЕЙСТВИЕ И ДЕЙСТВИЕ НА РАССТОЯНИИ

Предположение о том, что взаимодействие между удаленными друг от друга телами всегда осуществляется с помощью промежуточных звеньев (или среды), передающих взаимодействие от точки к точке, составляет сущность теории близкодействия. Распр. с конечной скоростью.

Теория прямого действия на расстоянии непосредственно через пустоту. Согласно этой теории действие передается мгновенно на сколь угодно большие расстояния.

Обе теории являются взаимно противоположными друг другу. Согласно теории действия на расстоянии одно тело действует на другое непосредственно через пустоту и это действие передается мгновенно.

Теория близкодействия утверждает, что любое взаимодействие осуществляется с помощью промежуточных агентов и распространяется с конечной скоростью.

Существования определенного процесса в пространстве между взаимодействующими телами, который длится конечное время, – вот главное, что отличает теорию близкодействия от теории действия на расстоянии.

Согласно идее Фарадея электрические заряды не действуют друг на друга непосредственно. Каждый из них создает в окружающем пространстве электрическое поле. Поле одного заряда действует на другой заряд, и наоборот. По мере удаления от заряда поле ослабевает.

Электромагнитные взаимодействия должны распространятся в пространстве с конечной скоростью.

Электрическое поле существует реально, его свойства можно исследовать опытным путем, но мы не можем сказать из чего это поле состоит.

О природе электрического поля можно сказать, что поле материально; оно сущ. независимо от нас, от наших знаний о нем;

Поле обладает определенными свойствами, которые не позволяют спутать его с чем-либо другим в окружающем мире;

Главное свойство электрического поля – действие его на электрические заряды с некоторой силой;

Электрическое поле неподвижных зарядов называют электростатическим . Оно не меняется со временем. Электростатическое поле создается только электрическими зарядами. Оно существует в пространстве, окружающем эти заряды, и неразрывно с ним связано.

Напряженность электрического поля.

Отношение силы, действующей на помещенный в данную точку поля заряд, к этому заряду для каждой точки поля не зависит от заряда и может рассматриваться как характеристика поля.

Напряженность поля равна отношению силы, с которой поле действует на точечный заряд, к этому заряду.


Напряженность поля точечного заряда.

.

Модуль напряженности поля точечного заряда q o на расстоянии r от него равен:

.

Если в данной точке пространства различные заряженные частицы создают электрические поля, напряженности которых и т. д., то результирующая напряженность поля в этой точке равна:

СИЛОВЫЕ ЛИНИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛ.

НАПРЯЖЕННОСТЬ ПОЛЯ ЗАРЯЖЕННОГО ШАРА

Электрическое поле, напряженность которого одинакова во всех точках пространства, называется однородным.

Густота силовых линий больше вблизи заряженных тел, где напряженность поля также больше.

-напряженность поля точечного заряда.

Внутри проводящего шара (r > R) напряженность поля равна нулю.

ПРОВОДНИКИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ.

В проводниках имеются заряженные частицы, способные перемещаться внутри проводника под влиянием электрического поля. Заряды этих частиц называют свободными зарядами.

Электростатического поля внутри проводника нет. Весь статический заряд проводника сосредоточен на его поверхности. Заряды в проводнике могут располагаться только на его поверхности.

Не все явления природы можно понять и объяснить на основе использования понятий и законов механики, молекулярно-кинетической теории строения вещества, термодинамики. Эти науки ничего не говорят о природе сил, которые связывают отдельные атомы и молекулы, удерживают атомы и молекулы вещества в твердом состоянии на определенном расстоянии друг от друга. Законы взаимодействия атомов и молекул удается понять и объяснить на основе представлений о том, что в природе существуют электрические заряды.

Самое простое и повседневное явление, в котором обнаруживается факт существования в природе электрических зарядов, – это электризация тел при соприкосновении. Взаимодействие тел, обнаруживаемое при электризации, называется электромагнитным взаимодействием, а физическая величина, определяющая электромагнитное взаимодействие, – электрическим зарядом. Способность электрических зарядов притягиваться и отталкиваться говорит о наличии двух различных видов зарядов: положительных и отрицательных.

Электрические заряды могут появляться не только в результате электризации при соприкосновении тел, но и при других взаимодействиях, например, под воздействием силы (пьезоэффект). Но всегда в замкнутой системе, в которую не входят заряды, при любых взаимодействиях тел алгебраическая (т.е. с учетом знака) сумма электрических зарядов всех тел остается постоянной. Этот экспериментально установленный факт называется законом сохранения электрического заряда.

Нигде и никогда в природе не возникают и не исчезают электрические заряды одного знака. Появление положительного заряда всегда сопровождается появлением равного по абсолютному значению, но противоположного по знаку отрицательного заряда. Ни положительный, ни отрицательный заряды не могут исчезнуть в отдельности друг от друга, если равны по абсолютному значению.

Появление и исчезновение электрических зарядов на телах в большинстве случаев объясняется переходами элементарных заряженных частиц – электронов – от одних тел к другим. Как известно, в состав любого атома входят положительно заряженные ядро и отрицательно заряженные электроны. В нейтральном атоме суммарный заряд электронов в точности равен заряду атомного ядра. Тело, состоящее из нейтральных атомов и молекул, имеет суммарный электрический заряд, равный нулю.

Если в результате какого-либо взаимодействия часть электронов переходит от одного тела к другому, то одно тело получает отрицательный электрический заряд, а второе – равный по модулю положительный заряд. При соприкосновении двух разноименно заряженных тел обычно электрические заряды не исчезают бесследно, а избыточное число электронов переходит с отрицательно заряженного тела к телу, у которого часть атомов имела не полный комплект электронов на своих оболочках.

Особый случай представляет встреча элементарных заряженных античастиц, например, электрона и позитрона. В этом случае положительный и отрицательный электрические заряды действительно исчезают, аннигилируют, но в полном соответствии с законом сохранения электрического заряда, так как алгебраическая сумма зарядов электрона и позитрона равна нулю.

В обычных условиях микроскопические тела являются электрически нейтральными, потому что положительно и отрицательно заряженные частицы, которые образуют атомы, связаны друг с другом электрическими силами и образуют нейтральные системы. Если электрическая нейтральность тела нарушена, то такое тело называется наэлектризованное тело . Для электризации тела необходимо, чтобы на нём был создан избыток или недостаток электронов или ионов одного знака.

Способы электризации тел , которые представляют собой взаимодействие заряженных тел, могут быть следующими:

  1. Электризация тел при соприкосновении . В этом случае при тесном контакте небольшая часть электронов переходит с одного вещества, у которого связь с электроном относительно слаба, на другое вещество.
  2. Электризация тел при трении . При этом увеличивается площадь соприкосновения тел, что приводит к усилению электризации.
  3. Влияние . В основе влияния лежит явление электростатической индукции , то есть наведение электрического заряда в веществе, помещённом в постоянное электрическое поле.
  4. Электризация тел под действием света . В основе этого лежит фотоэлектрический эффект , или фотоэффект , когда под действием света из проводника могут вылетать электроны в окружающее пространство, в результате чего проводник заряжается.

Многочисленные опыты показывают, что когда имеет место электризация тела , то на телах возникают электрические заряды, равные по модулю и противоположные по знаку.

Отрицательный заряд тела обусловлен избытком электронов на теле по сравнению с протонами, а положительный заряд обусловлен недостатком электронов.

Когда происходит электризация тела, то есть когда отрицательный заряд частично отделяется от связанного с ним положительного заряда, выполняется закон сохранения электрического заряда . Закон сохранения заряда справедлив для замкнутой системы, в которую не входят извне и из которой не выходят наружу заряженные частицы. Закон сохранения электрического заряда формулируется следующим образом:

В замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов всех частиц остаётся неизменной:

q 1 + q 2 + q 3 + … + q n = const

где q 1 , q 2 и т. д. – заряды частиц.

Взаимодействие электрически заряженных тел

Взаимодействие тел , имеющих заряды одинакового или разного знака, можно продемонстрировать на следующих опытах. Наэлектризуем эбонитовую палочку трением о мех и прикоснёмся ею к металлической гильзе, подвешенной на шёлковой нити. На гильзе и эбонитовой палочке распределяются заряды одного знака (отрицательные заряды). Приближая заряженную отрицательно эбонитовую палочку к заряженной гильзе, можно увидеть, что гильза будет отталкиваться от палочки (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Взаимодействие тел с зарядами одного знака.

Если теперь поднести к заряженной гильзе стеклянную палочку, потёртую о шёлк (положительно заряженную), то гильза будет к ней притягиваться (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Взаимодействие тел с зарядами разных знаков.

Отсюда следует, что тела, имеющие заряды одинакового знака (одноимённо заряженные тела), взаимно отталкиваются, а тела, имеющие заряды разного знака (разноименно заряженные тела), взаимно притягиваются. Аналогичные вводы получаются, если приближать два султана, одноименно заряженные (рис. 1.4) и разноименно заряженные (рис. 1.5).

— один из фундаментальных законов природы. Закон сохранения заряда был открыт в 1747 г. Б. Франклином.

Электрон – частица, входящая в состав атома. В истории физики существовало несколько моделей строения атома. Одна из них, позволяющая объяснить ряд экспериментальных фактов, в том числе явление электризации , была предложена Э. Резерфордом . На основании проделанных опытов он сделал вывод о том, что в центре атома находится положительно заряженное ядро, вокруг которого по орбитам движутся отрицательно заряженные электроны. У нейтрального атома положительный заряд ядра равен суммарному отрицательному заряду электронов. Ядро атома состоит из положительно заряженных протонов и нейтральных частиц нейтронов. Заряд протона по модулю равен заряду электрона. Если из нейтрального атома удалены один или несколько электронов, то он становится положительно заряженным ионом; если к атому присоединяются электроны, то он становится отрицательно заряженным ионом.

Знания о строении атома позволяют объяснить явление электризации трением . Электроны, слабо связанные с ядром, могут отделиться от одного атома и присоединиться к другому. Это объясняет, почему на одном теле может образоваться недостаток электронов , а на другом – их избыток . В этом случае первое тело становится заряженным положительно , а второе – отрицательно .

При электризации происходит перераспределение заряда , электризуются оба тела, приобретая равные по модулю заряды противоположных знаков. При этом алгебраическая сумма электрических зарядов до и после электризации остаётся постоянной:

q 1 + q 2 + … + q n = const.

Алгебраическая сумма зарядов пластин до и после электризации равна нулю. Записанное равенство выражает фундаментальный закон природы – закон сохранения электрического заряда .

Как и любой физический закон, он имеет определённые границы применимости: он справедлив для замкнутой системы тел , т.е. для совокупности тел, изолированных от других объектов.

Электростатика – раздел, изучающий статические (неподвижные) заряды и связанные с ними электрические поля.

Перемещение зарядов либо отсутствует, либо происходит так медленно, что возникающие при движении зарядов магнитные поля ничтожны. Сила взаимодействия между зарядами определяется только их взаимным расположением. Следовательно, энергия электростатического взаимодействия – потенциальная энергия.

Несмотря на обилие различных веществ в природе, существуют только два вида электрических зарядов: заряды подобные тем, которые возникают на стекле, потертом о шелк, и заряды, подобные тем, которые появляются на янтаре, потертом о мех. Первые были названы положительными, вторые отрицательными зарядами. Назвал их так Бенджамин Франклин в 1746 г.

В целом заряд атома любого вещества равен нулю, так как положительный заряд ядра атома компенсируется противоположным зарядом электронных оболочек атома. Очень сильное взаимодействие между зарядами практически исключает самопроизвольное появление заряженных макроскопических тел. Так, сила кулоновского притяжения между электроном и протоном в атоме водорода в 1039 раз больше их гравитационного взаимодействия.

Известно, что одноименные заряды отталкиваются, разноименные – притягиваются. Далее, если поднести заряженное тело (с любым зарядом) к легкому – незаряженному, то между ними будет притяжение – явление электризации легкого тела через влияние . На ближайшем к заряженному телу конце появляются заряды противоположного знака (индуцированные заряды) это явление называется электростатической индукцией.

Опыт показывает, что возникновение заряда на любом теле сопровождается появлением заряда такой же величины, но противоположного знака на другом теле. Например, при трении стеклянной палочки о шелк заряжаются оба тела: палочка отрицательно, шелк положительно.

Таким образом, всякий процесс заряжения есть процесс разделения зарядов . Сумма зарядов не изменяется, заряды только перераспределяются. Отсюда следует закон сохранения заряда – один из фундаментальных законов природы, сформулированный в 1747 г. Б. Франклином и подтвержденный в 1843 г. М. Фарадеем: алгебраическая сумма зарядов, возникающих при любом электрическом процессе на всех телах, участвующих в процессе всегда равна нулю . Или короче: суммарный электрический заряд замкнутой системы не изменяется .

(Доступны демонстрации по темам “Сохранение заряда ” и “Виды зарядов “.).

Электрические заряды не существуют сами по себе, а являются внутренними свойствами элементарных частиц – электронов, протонов и др.

Опытным путем в 1914 г. американский физик Р. Милликен показал что электрический заряд дискретен . Заряд любого тела составляет целое кратное от элементарного электрического заряда .

Где n – целое число. Электрон и протон являются соответственно носителями элементарных отрицательного и положительного зарядов.

Например, наша Земля имеет отрицательный заряд Кл, это установлено по измерению напряженности электростатического поля в атмосфере Земли.

Большой вклад в исследование явлений электростатики внес знаменитый французский ученый Ш. Кулон. В 1785 г. он экспериментально установил закон взаимодействия неподвижных точечных электрических зарядов.

Закон Кулона | Советы электрика

28 Март 2012 Изучаем теорию электричества

Опытным путем было установлено, что

При появлении или исчезновении электрического заряда одного знака всегда одновременно появляется или исчезает равный ему заряд противоположного знака.

Это положение известно под названием закона сохранения электрических зарядов.

Его легко объяснить с точки зрения электронной теории: например при электризации трением двух тел одно из них теряет столько электронов, сколько приобретает другое.

Если два тела с равными разноименными зарядами привести в соприкосновение, то их электрические заряды нейтрализуются.

Это означает что избыток электронов переходит с отрицательно заряженного тела на положительно заряженное, и оба тела становятся электрически нейтральными.

Закон Кулона

Измерение величины электрического заряда стало возможным после установления Ш.А.Кулоном в 1785г. основного закона взаимодействия точечных электрических зарядов.

Точечными электрическими зарядами называются заряженные тела, линейными размерами которых можно пренебречь по сравнению  с расстоянием между ними.

При экспериментальном выводе своего закона Ш.А.Кулон получал равные по величине электрические заряды, приведя в соприкосновение два одинаковых по величине металлических шарика, один из которых имел заряд q, а второй был не заряжен, после чего заряд q поровну распределялся между обоими шариками.

Этим путем Кулон мог затем получить заряды, равные q/4, q/8 и т. д.

В своих опытах, проделанных с помощью крутильных весов, Кулон изменял поочередно величину зарядов обоих шариков при неизменном расстоянии между ними, а затем расстояние между шариками при постоянной величине их зарядов, и каждый раз определял силу взаимодействия между зарядами.

На основании многочисленных опытов Кулон сформулировал следующий закон:

Сила электрического взаимодействия между двумя точечными электрическими зарядами прямо пропорциональна произведению величин зарядов, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и направлена по соединяющей их прямой.

В системе СИ единицей электрического заряда служит кулон (к).

Кулон равен электрическому заряду, проходящему за 1 секунду через поперечное сечение проводника, по которому течет постоянный ток в 1 ампер.

1к=1а*1сек

Узнайте первым о новых материалах сайта!

Просто заполни форму:

 

 

Теги: Закон Кулона

Правило соединения Кирхгофа и закон сохранения заряда

Правило соединения Кирхгофа

В цепи иногда встречаются места, называемые соединениями , где несколько проводов сходятся вместе. Поскольку заряд сохраняется, а ток измеряет скорость, с которой заряды текут, общий ток, входящий в соединение, должен равняться общему току, выходящему с другой стороны соединения, как это было в лампочке. Это отношение известно как правило соединения Кирхгофа .

Правило соединения гласит, что ток, входящий в соединение, должен быть равен току, выходящему из соединения.

Применение правила соединения к параллельным цепям

Давайте посмотрим, как правило соединения можно применить к некоторым реальным цепям. В этой схеме три ветви цепи сходятся на стыке слева. Если в цепь втекает ток 3 А, а через одну из ветвей вытекает 2 А, то какой ток должен протекать через третью ветвь?

Правило соединения Кирхгофа говорит вам, что общий ток, входящий в соединение, должен быть равен общему выходному току, поэтому ток в третьей ветви цепи должен быть 1 А.

В цепях, подобных этой, мы говорим, что элементы цепи (такие как лампочки или резисторы) параллельны , потому что есть несколько параллельных ветвей, через которые может протекать ток. В параллельных цепях каждая ветвь может иметь различный ток, но вы можете использовать правило соединения, чтобы предсказать, как будет распределяться ток!

Ток в последовательных цепях

Что делать, если у вас есть цепь без соединений?

В этой схеме прямоугольные формы представляют собой резисторы.

Как в этой схеме I1 соотносится с I2 и I3?

Поскольку в этой цепи нет переходов между резисторами, мы говорим, что они относятся к ряду . В таких последовательных цепях есть только одна ветвь, по которой может течь ток. Следовательно, поскольку ток сохраняется, ток одинаков во всех точках.

Краткий обзор урока

Ток измеряет количество заряда, протекающего в цепи. В цепи могут быть места, называемые соединениями , где несколько проводов сходятся вместе. Правило соединения Кирхгофа гласит, что ток, входящий в соединение, должен быть равен выходному току.

В параллельных цепях соединения вызывают разветвление тока, но правило соединения можно использовать для определения распределения тока. В цепях серии ток одинаков во всех точках, потому что нет ветвей.

Закон сохранения заряда – определение и пример

Физика – это та область образования, где мы можем видеть, что происходит, то есть результаты, а примеры – макро, и мы можем видеть их в нашей повседневной жизни.Одно из основных понятий физики вращается вокруг заряда, который хранится в данном теле. Когда вы сталкиваетесь с обвинением в своем учебнике по физике, вы знаете, что с этого момента все станет серьезно. Не волнуйтесь, и мы поможем вам узнать все о сохранении заряда и его реальном примере, чтобы вы могли лучше понять концепцию.

Заряд в физике — это то же, что атомы, протоны и электроны в химии, это основа электронной физики.Все, что вы видите, от вашего компьютера, телевизора до стиральной машины, работает на сохранении заряда, и сегодня мы разберем эту концепцию.

Закон сохранения заряда

Теперь определим закон сохранения заряда. В нем говорится, что положительный заряд, присутствующий в данном теле, всегда будет иметь одинаковое количество отрицательного заряда, чтобы поддерживать тело в нейтральном состоянии. Эти типы тел называются нейтральными телами, и вы не можете сказать, что они не заряжаются, поскольку они имеют как отрицательный, так и положительный заряд в равных частях, чтобы нейтрализовать их.В результате мы пришли к выводу, что заряд в данном теле не может быть ни создан, ни уничтожен. Мы можем только передавать его из одной системы в другую, а материал, обеспечивающий перенос заряда, называется проводником. С проводников заряд может быть вытеснен в виде тепла или смещения электронов. Это и есть закон сохранения заряда в физике.

Что такое сохранение заряда?

Есть два способа, которыми тело может выйти из нейтрального состояния заряда.

Данный объект получит отрицательный заряд, если электроны перейдут к нему из другого источника.

Возьмем в качестве примера отрицательно заряженный стержень с суммарным зарядом -4e. При соприкосновении этого стержня с поверхностью нейтрального тела, являющегося проводником, происходит смещение электрона со стержня на нейтральное тело. Это происходит потому, что электроны отталкиваются друг от друга, и они хотят распространиться в более широкой области, чтобы уйти друг от друга, после переноса заряда мы имеем -2e и -2e на стержне и сфере соответственно.

Суммарный заряд в системе был -4е, а после переноса остался -4е, но теперь он разделен на два тела. Так тело получает отрицательный заряд.

Объект, находящийся в состоянии нейтрального заряда, получит положительный заряд, когда электроны, находящиеся внутри него, перейдут к другому телу.

Берем стержень, заряженный положительно, и касаемся стержнем поверхности нейтрального тела. Во время этого процесса электроны, находящиеся в нейтральном теле, притягиваются к заряду, находящемуся в стержне, и, таким образом, вытесняются из нейтрального тела на стержень.В результате у нас осталось тело с меньшим отрицательным зарядом, чем его положительный заряд, что делает его положительно заряженным телом.

(Изображение будет загружено в ближайшее время)

Здесь у нас есть заряд +4e, присутствующий в нейтральном теле, когда произошел перенос электронов, и мы остаемся с зарядом +2e на стержне и зарядом +2e на тело. Так объект становится положительно заряженным, а протоны, которые были в теле, остаются прежними. Здесь мы снова наблюдаем сохранение заряда.

Состояние Закон сохранения заряда

Суммарный заряд, присутствующий в изолированной системе, всегда будет оставаться постоянным; таким образом, данная система не будет обмениваться массой и энергией с окружающей ее атмосферой и никогда не будет заряжаться иначе, чем ее начальное состояние. Вот что такое закон сохранения заряда согласно физике.

Сохранение заряда Примеры

Давайте возьмем здесь один пример, и вы, возможно, видели старый трюк с гребнем и волосами, когда ваши волосы поднимаются и прилипают к гребню.Это может выглядеть как волшебство, но оно проявляется в простых примерах сохранения заряда. Ваши волосы находятся здесь в нейтральном состоянии, имея как положительные, так и отрицательные заряды в равной степени. Комбинация имеет положительный заряд, и когда вы ее используете, она забирает положительный заряд с ваших волос и оставляет отрицательный заряд.

Таким образом, отрицательные заряды начнут отталкивать друг друга, и у вас будут парить волосы в воздухе.

18.1: Статическое электричество и заряд — сохранение заряда

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Дайте определение электрическому заряду и опишите, как взаимодействуют два типа заряда.
  • Опишите три типичных случая, когда возникает статическое электричество.
  • Сформулируйте закон сохранения заряда.

Почему полиэтиленовая пленка прилипает? Статическое электричество. Статическое электричество не только широко распространено в наши дни, но и известно о его существовании с древних времен. Первое упоминание о его воздействии относится к древним грекам, отметившим более 500 лет до н.э. что полировка янтаря временно позволила ему притягивать кусочки соломы (рис. \(\PageIndex{1}\)).Само слово электрический происходит от греческого слова «янтарь» ( электрон ).

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Янтарь Борнео был добыт в штате Сабах, Малайзия, из сланцево-песчаниковых жил. Когда кусок янтаря натирают куском шелка, янтарь получает больше электронов, придавая ему суммарный отрицательный заряд. При этом шелк, потеряв электроны, становится положительно заряженным. (кредит: Себакоамбер, Wikimedia Commons).

Многие характеристики статического электричества можно изучить, потирая предметы друг о друга.Трение создает искру, которую вы получаете, например, при ходьбе по шерстяному ковру. Статическое прилипание, возникающее в сушилке для белья, и притяжение соломы к недавно отполированному янтарю также являются результатом трения. Точно так же молния возникает в результате движения воздуха при определенных погодных условиях. Вы также можете потереть воздушный шар о волосы, и создаваемое статическое электричество может заставить воздушный шар прилипнуть к стене. Мы также должны быть осторожны со статическим электричеством, особенно в сухом климате. Когда мы качаем бензин, нас предупреждают, что нужно разрядиться (после скольжения по седлу) на металлическую поверхность, прежде чем хвататься за газовое сопло.Обслуживающий персонал в операционных в больницах должен носить пинетки с токопроводящей полоской из алюминиевой фольги на дне, чтобы избежать образования искр, которые могут воспламенить легковоспламеняющиеся газы для анестезии в сочетании с используемым кислородом.

Некоторые из основных характеристик статического электричества включают:

  • Эффекты статического электричества объясняются ранее не введенной физической величиной, называемой электрическим зарядом.
  • Существует только два типа заряда: один называется положительным, а другой — отрицательным.
  • Одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются.
  • Сила между зарядами уменьшается с расстоянием.

Откуда мы знаем, что существует два типа электрического заряда ? Когда различные материалы трутся друг о друга контролируемым образом, определенные комбинации материалов всегда производят один тип заряда на одном материале и противоположный тип на другом. По соглашению мы называем один тип заряда «положительным», а другой — «отрицательным». Например, если потереть стекло о шелк, то стекло станет положительно заряженным, а шелк – отрицательно.Поскольку стекло и шелк имеют противоположные заряды, они притягиваются друг к другу, как белье, протертое друг о друга в сушилке. Две стеклянные палочки, натертые таким образом о шелк, будут отталкиваться друг от друга, так как каждая палочка имеет положительный заряд. Точно так же две шелковые ткани, натертые таким образом, будут отталкиваться, поскольку обе ткани имеют отрицательный заряд. На рисунке \(\PageIndex{2}\) показано, как эти простые материалы можно использовать для изучения природы силы между зарядами.

Рисунок \(\PageIndex{2}\): стеклянная палочка становится положительно заряженной при трении о шелк, а шелк становится отрицательно заряженным.а) Стеклянная палочка притягивается к шелку, потому что их заряды противоположны. б) Две одинаково заряженные стеклянные палочки отталкиваются. в) Две одинаково заряженные шелковые ткани отталкиваются.

Возникают более сложные вопросы. Откуда берутся эти обвинения? Вы можете создать или уничтожить заряд? Существует ли наименьшая единица заряда? Как именно сила зависит от количества заряда и расстояния между зарядами? Такие вопросы, очевидно, приходили в голову Бенджамину Франклину и другим ранним исследователям, и они интересуют нас даже сегодня.

Заряд, переносимый электронами и протонами

Франклин писал в своих письмах и книгах, что он мог видеть эффекты электрического заряда, но не понимал, что вызвало это явление. Сегодня у нас есть преимущество в том, что мы знаем, что нормальная материя состоит из атомов и что атомы содержат положительные и отрицательные заряды, обычно в равных количествах.

На рисунке \(\PageIndex{3}\) показана простая модель атома с отрицательными электронами, вращающимися вокруг положительного ядра.Ядро положительно за счет наличия положительно заряженных протонов . Почти весь заряд в природе связан с электронами и протонами, которые являются двумя из трех строительных блоков большей части материи. (Третий нейтрон — нейтральный, не несущий заряда.) Другие частицы, несущие заряд, наблюдаются в космических лучах и ядерном распаде и создаются в ускорителях частиц. Все, кроме электрона и протона, существуют лишь короткое время и по сравнению с ними довольно редки.

Рисунок \(\PageIndex{3}\): Это упрощенное (без учета масштаба) изображение атома называется планетарной моделью атома.Отрицательные электроны вращаются вокруг гораздо более тяжелого положительного ядра, как планеты вращаются вокруг гораздо более тяжелого солнца. На этом сходство заканчивается, потому что в атоме действуют электромагнитные силы, а в планетарной системе — гравитационные. Нормальные макроскопические количества материи содержат огромное количество атомов и молекул и, следовательно, еще большее количество отдельных отрицательных и положительных зарядов.

Заряды электронов и протонов одинаковы по величине, но противоположны по знаку. Кроме того, все заряженные объекты в природе являются целыми кратными этого основного количества заряда, а это означает, что все заряды состоят из комбинаций основной единицы заряда.{18}\) электроны имеют общий заряд -1,00 кулон. Точно так же, как существует наименьшая частица элемента (атома), существует наименьшая частица заряда. Не существует непосредственно наблюдаемого заряда меньше \(∣q_e∣\) (см. Вещи большие и малые: субмикроскопическое происхождение заряда), и все наблюдаемые заряды являются целыми кратными \(∣ q_e ∣\).

ВЕЩИ БОЛЬШИЕ И МАЛЕНЬКИЕ: ПОДМИКРОСКОПИЧЕСКОЕ ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЗАРЯДА

За исключением экзотических короткоживущих частиц, весь заряд в природе переносится электронами и протонами. Электроны несут заряд, который мы назвали отрицательным. Протоны несут заряд равной величины, который мы называем положительным. (Рис. \(\PageIndex{4}\)) Заряды электронов и протонов считаются фундаментальными строительными блоками, поскольку все остальные заряды являются целыми кратными зарядов, переносимых электронами и протонами. Электроны и протоны также являются двумя из трех основных строительных блоков обычной материи. Нейтрон является третьим и имеет нулевой общий заряд.

На рисунке \(\PageIndex{4}\) показан человек, касающийся генератора Ван де Граафа и получающий избыточный положительный заряд.Расширенный вид волоса показывает наличие обоих типов зарядов, но избыток положительных. Отталкивание этих положительных одинаковых зарядов заставляет пряди волос отталкивать другие пряди волос и вставать. Дальнейшее увеличение показывает представление художника об электроне и протоне, которые, возможно, находятся в атоме в пряди волос.

Рисунок \(\PageIndex{4}\): Когда этот человек касается генератора Ван де Граафа, некоторые электроны притягиваются к генератору, что приводит к избытку положительного заряда, из-за чего ее волосы встают дыбом. Показаны заряды в один волос. Художественная концепция электрона и протона иллюстрирует частицы, несущие отрицательный и положительный заряды. Мы не можем увидеть эти частицы в видимом свете, потому что они очень малы (электрон кажется бесконечно малой точкой), но мы многое знаем об их измеримых свойствах, таких как заряды, которые они несут.

Кажется, что электрон не имеет субструктуры; Напротив, когда субструктура протонов исследуется путем рассеяния от них чрезвычайно энергичных электронов, оказывается, что внутри протона есть точечные частицы.Эти субчастицы, называемые кварками, никогда не наблюдались напрямую, но считается, что они несут дробные заряды, как показано на рисунке \(\PageIndex{5}\). Заряды электронов, протонов и всех других непосредственно наблюдаемых частиц унитарны, но эти кварковые субструктуры несут заряды либо \(-\dfrac{1}{3}\), либо \(+\dfrac{2}{3}\). Продолжаются попытки непосредственного наблюдения дробного заряда и изучения свойств кварков, которые, возможно, являются конечной субструктурой материи.

Рисунок \(\PageIndex{5}\): Представление художника о дробных зарядах кварков внутри протона. Группа из трех кварковых зарядов в сумме дает один положительный заряд протона:\(-\dfrac{1}{3}q_{e}+\dfrac{2}{3}q_{e}+\dfrac{2 {3}q_{e}=+1q_{e}\).

Разделение заряда в атомах

Заряды в атомах и молекулах можно разделить, например, путем трения материалов друг о друга. Некоторые атомы и молекулы имеют большее сродство к электронам, чем другие, и становятся отрицательно заряженными при тесном контакте при трении, оставляя другой материал положительно заряженным.(Рисунок \(\PageIndex{6}\)) Положительный заряд аналогичным образом может быть вызван трением. Другие методы, кроме трения, также могут разделять заряды. Батареи, например, используют комбинации веществ, которые взаимодействуют таким образом, чтобы разделить заряды. Химические взаимодействия могут передавать отрицательный заряд от одного вещества к другому, делая одну клемму батареи отрицательной, а первую оставляя положительной.

Рисунок \(\PageIndex{6}\): Когда материалы трутся друг о друга, заряды могут быть разделены, особенно если один материал имеет большее сродство к электронам, чем другой.а) Янтарь и ткань изначально нейтральны, имеют одинаковые положительные и отрицательные заряды. Задействована лишь малая часть зарядов, и здесь показаны только некоторые из них. (b) При трении янтарь переносит некоторый отрицательный заряд, оставляя ткань с чистым положительным зарядом. (c) При разделении янтарь и ткань теперь имеют суммарные заряды, но абсолютное значение суммарных положительных и отрицательных зарядов будет равным.

При разделении зарядов, как мы обсуждали, на самом деле заряды не создаются и не уничтожаются.{2}}\). Иногда созданная масса заряжена, например, когда создается электрон. Всякий раз, когда создается заряженная частица, вместе с ней всегда создается другая, имеющая противоположный заряд, так что общий созданный заряд равен нулю. Обычно эти две частицы представляют собой аналоги «материи-антиматерии». Например, антиэлектрон обычно создается одновременно с электроном. Антиэлектрон имеет положительный заряд (его называют позитроном), поэтому общий созданный заряд равен нулю. (Рисунок \(\PageIndex{7}\)) У всех частиц есть аналоги из антивещества с противоположными знаками.{2}}\). Поскольку две частицы имеют одинаковый и противоположный заряд, общий заряд равен нулю до и после аннигиляции; таким образом, общий заряд сохраняется.

УСТАНОВЛЕНИЕ СОЕДИНЕНИЙ: ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ

Универсально сохраняется только ограниченное число физических величин. Заряд — это одно, энергия, импульс и угловой момент — другие. Поскольку они сохраняются, эти физические величины используются для объяснения большего количества явлений и образуют больше связей, чем другие, менее фундаментальные величины.Мы обнаруживаем, что сохраняющиеся количества дают нам глубокое понимание законов, которым следует природа, и намеки на организацию природы. Открытие законов сохранения привело к дальнейшим открытиям, таким как слабое ядерное взаимодействие и кварковая структура протонов и других частиц.

Рисунок \(\PageIndex{7}\): (a) Когда имеется достаточно энергии, ее можно преобразовать в материю. Здесь созданная материя представляет собой пару электрон-антиэлектрон. (\(m_e\) — масса электрона.) Суммарный заряд до и после этого события равен нулю.б) при столкновении материи и антиматерии они аннигилируют друг друга; полный заряд сохраняется равным нулю до и после аннигиляции.

Закон сохранения заряда абсолютен — его нарушение никогда не наблюдалось. Таким образом, заряд — это особая физическая величина, присоединяющаяся к очень короткому списку других величин в природе, которые всегда сохраняются. Другие сохраняющиеся величины включают энергию, импульс и угловой момент.

ИССЛЕДОВАНИЯ PHET: ВОЗДУШНЫЕ ШАРЫ И СТАТИЧЕСКОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО

Почему воздушный шарик прилипает к твоему свитеру? Потрите шарик о свитер, затем отпустите его, и он перелетит и прилипнет к свитеру.Просмотрите заряды в свитере, воздушных шарах и стене.

Резюме

  • Есть только два типа заряда, которые мы называем положительными и отрицательными.
  • Одинаковые заряды отталкиваются, разные заряды притягиваются, а сила между зарядами уменьшается пропорционально квадрату расстояния.
  • Подавляющее большинство положительного заряда в природе переносится протонами, тогда как подавляющее большинство отрицательного заряда переносится электронами.
  • Электрический заряд одного электрона равен по величине и противоположен по знаку заряду одного протона.{-19}С\)
  • Всякий раз, когда создается или уничтожается заряд, участвует равное количество положительного и отрицательного заряда.
  • Чаще всего существующие заряды отделяются от нейтральных объектов, чтобы получить некоторый суммарный заряд.
  • В нейтральных объектах существуют как положительные, так и отрицательные заряды, и их можно разделить, потирая один объект о другой. Для макроскопических объектов отрицательно заряженный означает избыток электронов, а положительно заряженный означает истощение электронов.
  • Закон сохранения заряда гарантирует, что всякий раз, когда создается заряд, в то же время создается такой же заряд противоположного знака.

Глоссарий

электрический заряд
физическое свойство объекта, которое заставляет его притягиваться к другому заряженному объекту или отталкиваться от него; каждый заряженный объект генерирует и находится под влиянием силы, называемой электромагнитной силой 90 262.
закон сохранения заряда
утверждает, что всякий раз, когда создается заряд, одновременно создается равное количество зарядов с противоположным знаком
.
электрон
частица, вращающаяся вокруг ядра атома и несущая наименьшую единицу отрицательного заряда
протон
частица в ядре атома, несущая положительный заряд, равный по величине и противоположный по знаку количеству отрицательного заряда, переносимого электроном

Физики-теоретики показывают, как закон сохранения заряда может нарушиться вблизи черной дыры

Сингулярности играют интересную роль в физике и бывают разных разновидностей, от сложных с математической и философской точки зрения до более приземленных. Как место, где «физика ломается» в черной дыре, у ученых есть ощущение, что в сингулярности может произойти что угодно. Возникает вопрос: есть ли вещи, которые они могут сбросить в сингулярность, обладающие фундаментальными свойствами, которые можно было бы полностью стереть? В новой статье группа физиков-теоретиков из Соединенного Королевства рассматривает сохранение электрического заряда.

Гратус и др. предложил способ, которым сингулярности могут нарушать закон сохранения заряда.Изображение предоставлено: Sci-News.com.

«”Физика ломается в сингулярности” — одно из самых известных утверждений поп-физики, — сказал профессор Мартин МакКолл, научный сотрудник физического факультета Имперского колледжа Лондона.

«Но, показывая, как это может происходить на самом деле, мы нацеливаемся на один из самых заветных законов физики: сохранение заряда».

Закон сохранения заряда говорит о том, что общий электрический заряд любой изолированной системы, включая Вселенную в целом, никогда не меняется.

Это означает, что если отрицательно или положительно заряженные частицы перемещаются в одну область, такое же количество соответственно заряженных частиц должно выйти.

Это было продемонстрировано на самых малых масштабах: когда в экспериментах, таких как Большой адронный коллайдер в ЦЕРН, создаются или уничтожаются разные частицы, всегда образуется или уничтожается одинаковое количество отрицательно и положительно заряженных частиц соответственно.

Модифицируя уравнения классической физики, включив в них аксионы, кандидата в частицы темной материи, профессор МакКолл и его коллеги смогли показать, что временные сингулярности — такие как черные дыры, которые появляются, а затем испаряются — могут разрушать заряд, когда они подходят к концу. их жизнь.

Предсказанные свойства аксионов могут сформировать поле, которое будет взаимодействовать с теми полями, о которых физики знали на протяжении веков — электромагнитными полями, которые описываются набором уравнений, называемых уравнениями Максвелла.

Используя раздел математики, называемый дифференциальной геометрией, исследователи выяснили, как создать или уничтожить заряд, нарушив закон сохранения заряда во Вселенной.

«Вы можете представить себе создание «аксионной бомбы», удерживающей заряд, путем объединения связанных аксионных и магнитных полей; а затем сбросив его в испаряющуюся черную дыру», — сказал доктор.Джонатан Гратус, научный сотрудник физического факультета Ланкастерского университета и Института Кокрофта.

«По мере того, как конструкция сжимается и исчезает в сингулярности, она уносит с собой электрический заряд. Именно сочетание временной сингулярности и недавно предложенного типа аксионного поля имеет решающее значение для его успеха».

«Есть также философские последствия», — добавил доктор Пол Кинслер, научный сотрудник физического факультета Ланкастерского университета, физического факультета Имперского колледжа Лондона и Института Кокрофта.

«Хотя люди часто любят говорить, что «физика ломается», здесь мы показываем, что, хотя экзотические явления могут происходить, то, что происходит на самом деле, тем не менее ограничено все еще действующими законами физики вокруг сингулярности».

Статья группы была опубликована в журнале Annalen der Physik .

_____

Джонатан Гратус и др. . Временные особенности и аксионы: аналитическое решение, бросающее вызов сохранению заряда. Annalen der Physik , опубликовано в сети 5 мая 2021 г.; doi: 10.1002/andp.202000565

Самый быстрый словарь в мире | Vocabulary.com

  • закон сохранения энергии фундаментальный принцип физики, согласно которому полная энергия изолированной системы остается постоянной, несмотря на внутренние изменения

  • сохранение энергии фундаментальный принцип физики, согласно которому полная энергия изолированной системы остается постоянной, несмотря на внутренние изменения

  • закон сохранения массы фундаментальный принцип классической физики, согласно которому материя не может быть создана или уничтожена в изолированной системе

  • 97″>

    закон сохранения материи фундаментальный принцип классической физики, согласно которому материя не может быть создана или уничтожена в изолированной системе

  • сохранение заряда принцип, согласно которому общий электрический заряд системы остается постоянным, несмотря на изменения внутри системы

  • сохранение четности (физика) четность сохраняется во Вселенной, в которой законы физики одинаковы в правосторонней системе координат и в левосторонней

  • сохранение массы фундаментальный принцип классической физики, согласно которому материя не может быть создана или уничтожена в изолированной системе

  • сохранение материи фундаментальный принцип классической физики, согласно которому материя не может быть создана или уничтожена в изолированной системе

  • 2″>

    консервативный, устойчивый к изменениям

  • сохранение бережное отношение к окружающей среде и природным ресурсам

  • энергия активации энергия, которую атомная система должна приобрести, прежде чем может произойти процесс (такой как излучение или реакция)

  • сохранение импульса принцип, согласно которому полный линейный импульс в замкнутой системе постоянен и не зависит от процессов, происходящих внутри системы

  • сохранение электричества принцип, согласно которому общий электрический заряд системы остается постоянным, несмотря на изменения внутри системы

  • 33″>

    защитник природы Тот, кто занимается защитой окружающей среды

  • консервация почвы защита почвы от эрозии или разрушения

  • консервация нефти консервация нефтяных ресурсов

  • Консервативная партия политическая партия (особенно в Великобритании или Австралии), которая верит в важность капиталистической экономики с частной собственностью, а не государственным контролем

  • испуг внезапный шок или испуг, вызывающий замешательство

  • Консервативный еврей Еврей, который соблюдает некоторые требования Моисеева закона, но адаптирует другие к современным обстоятельствам

  • 47″>

    водосбережение сохранение водных ресурсов

  • В законах Гаусса и Ампера заложена связь, которая должно существовать между плотностью заряда и плотностью тока.Чтобы увидеть это, сначала примените закон Ампера к замкнутой поверхности, такой как нарисованная в Рис. 1.5.1. Если контур C считать «кулиской» и S как “сумка”, то это предел, в котором “строка” натянут так, что контур сжимается до нуля. Таким образом, открытая поверхностные интегралы (1.4.1) становятся замкнутыми, а контурный интеграл исчезает.

    Но теперь, ввиду закона Гаусса, поверхностный интеграл электрического водоизмещение можно заменить полным прилагаемым зарядом.То есть, (1.3.1) используется для записи (1) в виде

    Это закон сохранения заряда. Если есть чистый ток из объема, показанного на рис. 1.5.2, (2) требует, чтобы сеть прилагаемый заряд будет уменьшаться со временем.

    Рисунок 1.5.1. Контур C закрывающий открытый поверхность можно рассматривать как шнурок сумки, который можно закрытый, чтобы создать закрытую поверхность. Рисунок 1.5.2. Плотность тока покидает объем В и, следовательно, чистый заряд должно уменьшаться.

    Сохранение заряда, выраженное в (2), было веской причиной для Максвелл добавил к формуле Ампера термин электрического смещения. закон. Без плотности тока смещения закон Ампера будет противоречить закону сохранения заряда. То есть, если второе слагаемое в (1) отсутствовало бы, то и второе слагаемое в (2). Если член тока смещения опущен в законе Ампера, тогда чистый ток не может войти или выйти из объема.

    Сохранение заряда согласуется с интуитивным картина взаимосвязи между зарядом и током сложилась в Пример 1.2.1.

    Пример 1.5.1. Непрерывность конвекционного тока

    Установившийся ток электронов, ускоренных через вакуум однородным электрическим полем описывается в примере 1.2.1 в предположении что в любой плоскости х = константа плотность тока одинакова. Это это должно быть правдой, теперь видно формально, применяя обвинение теорема об интеграле сохранения для объема, показанного на рис. 1.5.3.

    Рисунок 1.5.3. В установившемся режиме сохранение заряда требует, чтобы плотность тока, входящего через плоскость x = 0 быть таким же, как уходящий через плоскость в точке x = x .

    Здесь нижняя поверхность находится в плоскости впрыска x = 0 , где Плотность тока известна как Дж o . Верхняя поверхность находится на произвольный уровень обозначается как x . Поскольку преобладает стационарное состояние, производная по времени в (2) равна нулю. Оставшийся поверхностный интеграл имеет вклады только с верхней и нижней поверхностей. Оценка эти, с учетом того, что элемент площади на верхней поверхности ( i x dydz) , а (- i x dydz) внизу поверхность, дает понять, что

    Это же соотношение использовалось в примере 1.2.1, (1.2.4), за основу для преобразования с точки зрения частиц к используемой здесь, где (x, y, z) не зависят от t .

    Пример 1.5.2. Плотность тока и переменный во времени заряд

    При плотности заряда заданная функция времени с аксиально симметричное пространственное распределение, (2) можно использовать для вывода плотность тока. В этом примере плотность заряда

    и может быть изображено, как показано на рис. 1.5.4. Функция время o задано, как и измерение a .

    Рисунок 1.5.4. С заданным осевым симметричное распределение заряда положительное и уменьшается со временем ( p/t < 0), как показано, радиальная плотность тока положительна.

    В качестве первого шага в нахождении J мы оцениваем объем интеграл в (2) для круглого цилиндра радиуса r , имеющего z в качестве его ось и длина l в направлении z .

    Осевая симметрия требует, чтобы J располагались в радиальном направлении и не зависит от и z . Таким образом, оценка поверхности интеграл в (2) равен произведению J r на площадь 2 rl , и это уравнение становится

    Наконец, это выражение можно решить для J r .

    В предположении, что плотность заряда положительна и уменьшается, так что d o /dt < 0 , радиальное распределение J r показан в момент времени на рис.1.5.4. В этом случае радиальная плотность тока положительна на любом радиусе r , так как сеть заряд в пределах этого радиуса, определяемый (5), уменьшается со временем.

    Интегральная форма заряда сохранение обеспечивает связь между током, переносимым по проводу и заряд. Таким образом, если мы можем измерить ток, этот закон обеспечивает основу для измерения чистой стоимости. Последующий демонстрация иллюстрирует его использование.

    Демонстрация 1.5.1. Измерение заряда

    В демонстрации 1.3.1, чистый заряд выводится из механического измерения и закон силы Кулона. Вот тот самый заряд выводится электрически. «Шар», несущий заряд, прилип к конец тонкого пластикового стержня, как на рис. 1.5.5. Цель состоит в том, чтобы измерьте этот заряд q , не снимая его с шара.

    Рисунок 1.5.5. Когда заряд q вводится в практически заземленная металлическая сфера, на ее поверхности индуцируется заряд -q . внутренняя поверхность.Интегральная форма сохранения заряда, примененная к поверхность S показывает, что i = dq/dt . Чистая экскурсия по тогда интегрированный сигнал является прямым измерением q .

    Мы знаем из обсуждения закона Гаусса в гл. 1.3 что это заряд является источником электрического поля. В общем, это поле оканчивается на зарядах противоположного знака. Таким образом, чистый заряд, завершающий поле, возникающее из q равно по величине и противоположно по знаку q .Измерение этого «образного» заряда равносильно измерению q .

    Как мы можем спроектировать металлический электрод, чтобы гарантировать что все линии E , исходящие из q , будут прекращены на его поверхности? Казалось бы, электрод должен по существу объемный q . Так, в эксперименте, показанном на рис. 1.5.5, заряд транспортируется внутрь металлического шара через отверстие в его верх. Эта сфера заземлена через сопротивление R , а также окружен заземленным экраном.Это сопротивление сделано достаточно низким так что электрическое поле в области между сферический электрод и окружающий экран. В результате есть незначительный заряд на внешней стороне электрода и общий заряд на сферическом электроде как раз то, что внутри, а именно -q .

    Теперь рассмотрим применение (2) к поверхности S , показанной на рис. Рис. 1.5.5. Поверхность полностью закрывает сферический электрод исключая заряд q в его центре.Снаружи режет через провод, соединяющий электрод с сопротивлением R . Таким образом, интеграл по объему в (2) дает чистый заряд -q , а вклады в поверхностный интеграл происходят только там, где S пересекает через провод. По определению интеграл от Дж d a по сечению провода дает ток i (ампер). Таким образом, (2) становится просто

    Этот ток является результатом проталкивания заряда через отверстие в положение, где все силовые линии заканчиваются на сферический электрод.


    3 Обратите внимание, что если бы мы ввели заряженный шар без сферического электрода по существу заземлен через сопротивление R , сохранение заряда (опять же прикладной к поверхности S ) потребует, чтобы электрод сохранял заряд нейтралитет. Это означало бы, что заряд q на вне электрода и, следовательно, поле между электродом и окружающий щит. С зарядом в центре и щитом концентрично электроду, это внешнее поле было бы таким же как и в отсутствие электрода, а именно поле точечный заряд, (1.3.12).

    Несмотря на небольшой ток через резистор, он приводит к Напряжение.

    Интегрирующая цепь вводится в эксперимент в рис. 1.5.5 так, чтобы осциллограф сразу отображал заряд. С участием в этой схеме идет усиление А такое, что

    Затем напряжение v o до которого поднимается след на прицеле по мере заряд, вставленный через отверстие, отражает заряд q . Этот измерение q подтверждает данные Демонстрации 1.3.1.

    Оглядываясь назад, поскольку S и V произвольны в интеграле законы, эксперимент не обязательно проводить с использованием электрода и щит, который имеет сферическую форму. Они также могут иметь форму коробок.

    Условие непрерывности сохранения заряда

    Преемственность условие, связанное с сохранением заряда, может быть получено с помощью применяя интегральный закон к тому же объему в форме дота, который использовался для вывести условие непрерывности Гаусса, (1.3.17). Его также можно найти просто признав сходство между интегральными законами Гаусс и сохранение заряда. Чтобы сделать это сходство ясным, перепишите (2) подставив под интеграл производную по времени. При этом д/дт надо снова заменить на , т.к. время производная теперь работает на , функция t и r .

    Сравнение (11) с интегральным законом Гаусса (1. 3.1) показывает сходство.Роль o E в законе Гаусса играет J , а занимает -/т . Следовательно, по аналогии с условием непрерывности закона Гаусса (1.3.17), условие непрерывности для сохранения заряда

    Неявным в этом условии является предположение, что J является конечный. Таким образом, условие не включает возможность поверхностное течение.

    Закон сохранения заряда (физика) ⋆ Обучение кодированию и STEM %

    Закон сохранения заряда гласит, что электрический заряд нельзя ни создать, ни уничтожить.В закрытой системе величина заряда остается неизменной. Когда что-то меняет свой заряд, оно не создает заряд, а передает его.

    Закон сохранения заряда.

    Сохранение заряда , в физике, постоянство общего электрического заряда во Вселенной или в какой-либо конкретной химической или ядерной реакции. Полный заряд в любой замкнутой системе никогда не меняется, по крайней мере, в пределах самого точного наблюдения. В классических терминах этот закон означает, что появление данного количества положительного заряда в одной части системы всегда сопровождается появлением равного количества отрицательного заряда где-то еще в системе; например, когда пластиковую линейку натирают тканью, она становится отрицательно заряженной, а ткань становится положительно заряженной на равную величину.

    Бета-распад.

    Хотя фундаментальные частицы материи постоянно и спонтанно появляются, исчезают и превращаются друг в друга, они всегда подчиняются ограничению, заключающемуся в том, что общее количество заряда сохраняется. Когда заряженная частица превращается в новую частицу, новая частица наследует точный заряд оригинала. Когда заряженная частица появляется там, где ее раньше не было, она неизменно сопровождается другой частицей с таким же и противоположным зарядом, так что не происходит никакого результирующего изменения заряда.Аннигиляция заряженной частицы требует совместной аннигиляции частицы с равным и противоположным зарядом.


    Электростатика – закон сохранения заряда.

    Примеры закона сохранения заряда

    1) Из-за трения на двух телах, которые трутся друг о друга, появляются противоположные заряды, но суммарный заряд по-прежнему равен нулю.

    2) Во время радиоактивного распада протон распадается на позитрон и нейтрон, опять же без образования чистого заряда.


    Подробнее о законе сохранения заряда

    Как и закон Кулона, принцип сохранения заряда является фундаментальным законом природы. Согласно этому принципу заряд изолированной системы не может измениться. Если в системе появится дополнительная положительно заряженная частица, то в то же время будет создана частица с отрицательным зарядом той же величины; таким образом, сохраняется принцип сохранения заряда. В природе при взаимодействии высокоэнергетического излучения с веществом создается пара противоположно заряженных частиц; электрон и позитрон создаются в процессе, известном как производство пар.

    Наименьшая часть количества заряда, которое может иметь частица, — это заряд одного протона, +1,602 × 10 −19 кулон. Электрон имеет заряд той же величины, но противоположного знака, то есть -1,602 × 10 -19 кулон. Обычная батарея для фонарика обеспечивает ток, который обеспечивает общий поток заряда примерно 5000 Кл, что соответствует более чем 10 22  электронов, прежде чем она разрядится.

    Электрический ток — это мера потока заряда, как, например, заряд, протекающий по проводу.Сила тока измеряется в амперах и обозначается как i . Ампер тока представляет собой прохождение одного кулона заряда в секунду, или 6,2 миллиарда миллиардов электронов (6,2 × 10 18  электронов) в секунду. Ток положительный, когда он направлен в направлении потока положительных зарядов; его направление противоположно потоку отрицательных зарядов.

    Почему полиэтиленовая пленка прилипает? Статическое электричество. Статическое электричество не только широко распространено в наши дни, но и известно о его существовании с древних времен. Первое упоминание о его воздействии относится к древним грекам, отметившим более 500 лет до н.э. что полировка янтаря временно позволила ему притягивать кусочки соломы (см. (Рисунок)). Само слово электрический  происходит от греческого слова «янтарь» ( электрон ).

    Многие характеристики статического электричества можно изучить, потирая предметы друг о друга. Трение создает искру, которую вы получаете, например, при ходьбе по шерстяному ковру. Статическое прилипание, возникающее в сушилке для белья, и притяжение соломы к недавно отполированному янтарю также являются результатом трения.Точно так же молния возникает в результате движения воздуха при определенных погодных условиях. Вы также можете потереть воздушный шар о волосы, и создаваемое статическое электричество может заставить воздушный шар прилипнуть к стене. Мы также должны быть осторожны со статическим электричеством, особенно в сухом климате. Когда мы качаем бензин, нас предупреждают, что нужно разрядиться (после скольжения по седлу) на металлическую поверхность, прежде чем хвататься за газовое сопло. Обслуживающий персонал в операционных в больницах должен носить пинетки с алюминиевой фольгой на подошве, чтобы избежать образования искр, которые могут воспламенить используемый кислород.

    Некоторые из основных характеристик статического электричества включают:

    • Эффекты статического электричества объясняются ранее не введенной физической величиной, называемой электрическим зарядом.
    • Есть только два типа заряда, один из которых называется положительным, а другой — отрицательным.
    • Одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются.
    • Сила между зарядами уменьшается с расстоянием.

    Откуда мы знаем, что существует два типа электрического заряда? Когда различные материалы трутся друг о друга контролируемым образом, определенные комбинации материалов всегда производят один тип заряда на одном материале и противоположный тип на другом.По соглашению мы называем один тип заряда «положительным», а другой — «отрицательным». Например, если потереть стекло о шелк, то стекло станет положительно заряженным, а шелк – отрицательно. Поскольку стекло и шелк имеют противоположные заряды, они притягиваются друг к другу, как белье, протертое друг о друга в сушилке. Две стеклянные палочки, натертые таким образом о шелк, будут отталкиваться друг от друга, так как каждая палочка имеет положительный заряд. Точно так же две шелковые ткани, натертые таким образом, будут отталкиваться, поскольку обе ткани имеют отрицательный заряд.(Рисунок) показывает, как эти простые материалы можно использовать для изучения природы силы между зарядами. Стеклянная палочка становится положительно заряженной при трении о шелк, а шелк становится отрицательно заряженным. а) Стеклянная палочка притягивается к шелку, потому что их заряды противоположны. б) Две одинаково заряженные стеклянные палочки отталкиваются. в) Две одинаково заряженные шелковые ткани отталкиваются.

    Возникают более сложные вопросы. Откуда берутся эти обвинения? Вы можете создать или уничтожить заряд? Существует ли наименьшая единица заряда? Как именно сила зависит от количества заряда и расстояния между зарядами? Такие вопросы, очевидно, приходили в голову Бенджамину Франклину и другим ранним исследователям, и они интересуют нас даже сегодня.

    Заряд, переносимый электронами и протонами

    Франклин писал в своих письмах и книгах, что он мог видеть эффекты электрического заряда, но не понимал, что вызвало это явление. Сегодня у нас есть преимущество в том, что мы знаем, что нормальная материя состоит из атомов и что атомы содержат положительные и отрицательные заряды, обычно в равных количествах.

    (рисунок) показана простая модель атома с отрицательными электронами, вращающимися вокруг его положительного ядра. Ядро положительное из-за присутствия положительно заряженных протонов.Почти весь заряд в природе связан с электронами и протонами, которые являются двумя из трех строительных блоков большей части материи. (Третий нейтрон — нейтральный, не несущий заряда.) Другие частицы, несущие заряд, наблюдаются в космических лучах и ядерном распаде и создаются в ускорителях частиц. Все, кроме электрона и протона, существуют лишь короткое время и по сравнению с ними довольно редки. Это упрощенное (не в масштабе) представление об атоме называется планетарной моделью атома. Отрицательные электроны вращаются вокруг гораздо более тяжелого положительного ядра, как планеты вращаются вокруг гораздо более тяжелого солнца.На этом сходство заканчивается, потому что в атоме действуют электромагнитные силы, а в планетарной системе — гравитационные. Нормальные макроскопические количества материи содержат огромное количество атомов и молекул и, следовательно, еще большее количество отдельных отрицательных и положительных зарядов.

    Символ  обычно используется для обозначения заряда, а нижний индекс  обозначает заряд отдельного электрона (или протона).

    Единицей заряда в системе СИ является кулон (Кл). Количество протонов, необходимое для создания заряда 1.00С это


    • Общие измерительные инструментыУзнайте о наиболее распространенных измерительных инструментах в классе на уроках STEM и инженерии. Как их использовать и почему они важны. Это подробный список всех основных измерительных инструментов, необходимых для преподавания курсов STEAM или Engineering. 1. Линейка Линейка представляет собой прямую полосу или цилиндр из пластика, дерева,… Подробнее »Обычные измерительные инструменты
    • 4 C — творчество, сотрудничество, общение, критическое мышлениеЭти четыре навыка необходимы для STEM и членов инженерной группы.Почти каждое рабочее место требует творчества, сотрудничества, общения и критического мышления. Навыки обучения 21-го века часто называют 4 C: критическое мышление, творческое мышление, общение и сотрудничество. Эти навыки помогают учащимся учиться, и поэтому они жизненно важны для успеха в школе и за ее пределами.… Подробнее »4 C – творчество, сотрудничество, общение, критическое мышление
    • Таксономия Блума в классеМы уже много лет изучаем таксономию Блума — она используется для формулирования ключевых вопросов, постановки целей обучения — продумывания тем на этапе планирования, чтобы дети могли получить надлежащее представление и попрактиковаться, а именно.диапазон мыслительных способностей. В то время как он определяет цели обучения более низкого и более высокого порядка. это может быть… Подробнее »Таксидермия Блума в классе
    • Как люди учатся лучше всего… Как дети в классе учатся лучше всего? Как лучше всего заставить студентов действительно учиться? Что ж… Сложный процесс обучения должен быть в сознании как учащегося, так и учителя, когда планируется оценивание и когда интерпретируются доказательства. Учащиеся должны осознать, «как» их обучение… Подробнее »Как люди учатся лучше всего…
    • Инерция против Импульса? В чем разница? Инерция против импульса — горячая тема с простым ответом, но ее часто путают.Выясните, в чем именно разница между инерцией и импульсом. Быстрый ответ Инерция описывает сопротивление объекта изменениям в движении (или отсутствию движения). Импульс описывает, насколько сильно он движется. Инерция — это то, что заставляет вас двигаться, но импульс — это ваша сила или… Подробнее »Инерция против импульса? Какая разница?
    • Магнетизм – его физика! Что вызывает магнетизм? Магнетизм возникает в результате движения электрически заряженных частиц. Каждый вращающийся электрон — это крошечный магнит.Словарь – словарные слова и определения магнетизма Диамагнетик – Не имеет магнитного поля. 2. Парамагнитный – реагирует только на сильный магнит. 3. Ферромагнитные – «неспаренные электроны», которые выстраиваются в линию. Он может стать… Читать далее »Магнетизм – его физика!
    • Критические навыки межличностного общения для учителей Большинство людей сосредотачиваются только на приобретении академических навыков и, как правило, не уделяют особого внимания оттачиванию своих навыков межличностного общения. Тем не менее, социальные навыки также играют важную роль в наших жизненных успехах. Наши атрибуты, личностные черты и коммуникативные способности характеризуют то, как мы взаимодействуем и строим взаимопонимание с другими.В отличие от сложных навыков, мягкие навыки намного сложнее… Подробнее »Важнейшие социальные навыки для учителей
    • Обширный список методов обучения и занятий Сколько из этих методов обучения вы используете в своем классе? Если они выглядят интересно, попробуйте их. Исследуйте некоторые из них, сделайте это для детей. Встречи со студентами Художественные проекты Аудиоуроки Кафедра авторов Смешанное обучение Книжные отчеты Доски объявлений Мозговой штурм Тематические исследования Работа с классной доской Классные проекты Обсуждение в классе Совместное обучение В классе… Подробнее »Обширный список методик обучения и мероприятий
    • Конструктивизм: критический взгляд на теориюОбучение осуществляется в разных стилях, формах и подходах в зависимости от того, какой вы ученик.На протяжении многих лет школы и педагоги исследовали различные методы, теории и принципы, чтобы удовлетворить потребности каждого типа учащихся. Конструктивизм — один из них. Что такое конструктивизм? Конструктивизм – это теория, которая фокусируется на… Подробнее »Конструктивизм: критический взгляд на теорию
    • Виды инженерии (Engineering Fields)40 видов инженерии в красивых картинках. Скоро будут описания. 1. Химическая инженерия Инженеры-химики разрабатывают и проектируют процессы химического производства. Инженеры-химики применяют принципы химии, биологии, физики и математики для решения задач, связанных с производством или использованием химикатов, топлива, лекарств, продуктов питания и многих других продуктов. 2. Гражданское строительство Инженеры-строители специальны по проектированию… Подробнее »Типы проектирования (инженерные области)
    • Процесс инженерного проектирования (или цикл) Инженеры организованы, и их проекты также должны быть организованы. Когда инженеры что-то строят, они следуют конструктивному процессу или циклу, который позволяет им легко охватить все важные части своего проекта.Что такое процесс инженерного проектирования? Пошаговый метод организации больших проектов. Что… Подробнее »Процесс (или цикл) инженерного проектирования
    • Улучшите 3D-принтер Ender, качество печати Следуйте этим простым рекомендациям, чтобы ваши отпечатки стали отличными или идеальными! Выровняйте кровать и установите высоту сопла Используйте последовательное выравнивание независимо от толщины первого слоя. Выровняйте станину с помощью щупов или бумаги того же типа, поскольку некоторая бумага имеет разную толщину (вес).Опустите кровать с… Подробнее »Улучшение качества печати 3D-принтера Ender,
    • Идеи для урока Minecraft Education: Grey Wolves CodingВводный урок, посвященный повторению, пока, вложенным циклам, технологиям, информатике и животным. Удивительно увлекательный урок, предназначенный для учащихся 8-13 лет. Вам и вашим ученикам понравится этот урок, Minecraft Lesson Grey Wolves. Образовательный урок Grey Wolves Minecraft Цели обучения Учащиеся научатся моделировать способ хранения и управления программами… Подробнее »Идеи для учебного урока Minecraft: кодирование Grey Wolves
    • Bumble Buzz: Идеи для образовательных уроков MinecraftФантастический урок, предназначенный для учащихся 8-10 лет.Сочетая климат, науку, географию и окружающую среду, учащиеся знакомятся и узнают об огромном разнообразии видов пчел из огромной базы данных информации о пчелах, а также собирают данные в реальном мире из своей собственной среды. Цели обучения NGSS Science and Engineering Practices: Проведение исследований; Анализ… Подробнее »Bumble Buzz: идеи урока Minecraft Education
    • Электрические заряды, силы и поля (физика)

      Все, что вам нужно знать об электрическом заряде.

    • Электромагнетизм — магниты и электричествоЭлектричество и магнетизм всегда взаимодействуют Электричество и магнетизм — это отдельные, хотя и взаимосвязанные явления, связанные с электромагнитной силой. Вместе они составляют основу электромагнетизма, ключевой физической дисциплины. Давайте узнаем больше об этой удивительной теме электромагнетизма. Ответьте на вопросы для обзора в конце статьи. Вопросы для обзора. Магнетизм. Обзор Что вызывает магнетизм? ______________________________________________________________________________… Подробнее »Электромагнетизм – магниты и электричество
    • Работа и мощность — физика На этой странице объясняются основы работы и мощности, связанные с физикой.Когда вы готовитесь к экзамену, вы работаете? Согласно физике НЕТ! Когда вы играете в боулинг, вы работаете? Согласно физике, ДА! Что такое работа? РАБОТА: когда сила заставляет объект двигаться в направлении… Подробнее »Работа и мощность — физика
    • Проблема сопряжения с Tuya (не удается подключить устройство Tuya) У вас проблемы с сопряжением с Tuya? Эта статья должна решить вашу проблему. Не удается подключить умные розетки Tuya к BT хабу 2 Решение Измените SSID домашнего хаба, чтобы в нем не было никаких не буквенно-цифровых символов, так как некоторым устройствам не нравится «-» в SSID.Измените его на что-то простое,… Подробнее »Проблема сопряжения Tuya (не удается подключить мое устройство Tuya)
    • Single Relay Timer (Arduino 1 Channel Relay) Это практическое руководство для проекта Arduino Single Relay Timer. Добавьте таймер для некоторых источников света, систему полива горшков с растениями и многое другое. Необходимое оборудование Плата контроллера Arduino (самая низкая цена в Таиланде) Источник питания 5–12 В, около 2 А Одноканальное реле (высококачественная версия на 10 А) Провода калибра от 18 до 22 Необходимое время:… Подробнее »Таймер с одним реле (1-канальное реле Arduino )
    • Монета, напечатанная на 3D-принтере (Детский сад — 2-й класс) Отличное введение в 3D-печать.Распечатайте собственную 3D-печатную монету с помощью Tinkercad. Весь проект можно выполнить за один урок. В зависимости от того, как вы их распечатаете и нарежете, монеты должны быть готовы к следующему приходу учащихся в класс. Следуйте этим простым шагам, чтобы создать 3D-печатную монету, которую вы сможете… Подробнее »3D-печатная монета (детский сад – 2-й класс)
    • Передача энергии — поток энергии — физика Запустите симуляцию и создайте собственную блок-схему передачи энергии Энергия необходима нам для выполнения работы. Энергия измеряется в джоулях, Дж или килоджоулях, кДж.Многие ученые считают, что во Вселенной существует определенное количество энергии. Поскольку энергию нельзя создать, эта энергия просто постоянно перемещается по… Подробнее »Передача энергии – поток энергии – физика
    • Oracy for Language DevelopmentTalking to Learn — Как обсуждения в классе могут предоставить возможности для глубокого обучения. Профессор Дебра Майхилл из Центра междисциплинарных исследований в области письма Эксетерского университета рассказывает о важности ораторского искусства в развитии языка. Обсуждение очень хорошо помогает при изучении грамматики: обсуждение возможностей, последствий, созданных значений. Talk is… Подробнее »Oracy для развития языка
    • Закон сохранения заряда (физика) Закон сохранения заряда гласит, что электрический заряд нельзя ни создать, ни уничтожить. В закрытой системе величина заряда остается неизменной. Когда что-то меняет свой заряд, оно не создает заряд, а передает его. Сохранение заряда, в физике постоянство полного электрического заряда во Вселенной или в каком-либо конкретном… Подробнее »Закон сохранения заряда (физика)
    • GPS-трекеры Устройства Интернета вещейВысокотехнологичные устройства Интернета вещей готовы помочь вам отслеживать и никогда не терять из виду то, что вы любите.Мы охватываем лучшие и худшие устройства слежения в отрасли Интернета вещей. Содержание: Устройства GPS-слежения Устройства слежения Bluetooth Устройства слежения RFID Устройства слежения за автомобилями Устройства слежения за животными Устройства GPS-слежения Крошечные устройства, предназначенные для… Подробнее »GPS-трекеры Устройства IOT
    • Уравнения физикимеханика скорость v = ∆s∆tv = dsdt ускорение a = ∆v∆ta = dvdt уравнения движения v = v0 + ats = s0 + v0t + ½at2v2 = v02 + 2a(s − s0)v = ½(v + v0) 2-й закон Ньютона -импульс F∆t = m∆v ⌠⌡F dt = ∆p работа W = F∆s cos θ W = ⌠⌡F · ds работа-энергия F∆s cos θ = ∆E ⌠⌡F · ds = ∆E кинетическая энергия K = ½mv2 K = p22m общая с. е. ∆U = − ⌠⌡F · ds F = – ∇U гравитационная ф.э. ∆Ug = мг∆ч эффективность η = мощность WoutEin P = ∆W∆t P = dWdt… Подробнее »Уравнения физики
    • Что такое электрически нейтральный атом? Атомы — это строительные блоки Вселенной, которую вы видите вокруг себя. Они электрически нейтральны, и это хорошо для таких форм жизни, как мы. Если бы атомы не были нейтральными, они были бы нестабильны, и нас, вероятно, здесь бы не было. Почему атомы электрически нейтральны? Ответ прост: их отрицательно заряженные компоненты (электроны) полностью сбалансированы с… Подробнее »Что такое электрически нейтральный атом?
    • Определение электростатики Определение электростатики № 1 Физика, которая имеет дело с явлениями, вызванными притяжением или отталкиванием электрических зарядов, но не зависящим от их движения.Определение электростатики № 2 Электростатика — это изучение электрических зарядов в состоянии покоя. Закон Кулона объясняет связь между двумя или более электрическими зарядами. В электростатике мы не касаемся движения… Подробнее »Определение электростатики
    • Как рассчитать кулоныЭлектрический заряд, который проходит через что угодно, от батарейки АА до молнии, измеряется в кулонах. Если вы знаете силу тока в цепи и его продолжительность, вы можете рассчитать электрический заряд в кулонах.Свойства кулонов Электроны крошечные и имеют очень маленький заряд. В… Подробнее »Как рассчитать 90 136 кулонов
    • Amazing Animal EngineeringИскусство и наука проектирования и строительства сооружений — это не только человеческая деятельность, этим занимаются и представители животного мира. Люди не единственные инженеры в мире. Любой, кто видел улей, термитник, птичье гнездо или паутину, согласится, что существуют животные-инженеры… Подробнее »Amazing Animal Engineering
    • Электростатика (электрическая сила) Электростатика, как следует из названия, изучает стационарные электрические заряды.Пластиковый стержень, натертый мехом, или стеклянный стержень, натертый шелком, будет притягивать маленькие кусочки бумаги и считается электрически заряженным. Заряд натертого с мехом пластика определяется как отрицательный, а заряд натертого на стекло… Подробнее »Электростатика (электрическая сила)
    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.