Содержание

Электрический заряд и элементарные частицы. Закон сохранения заряда

Электрический заряд и элементарные частицы. Закон сохранения заряда

Подробности
Просмотров: 679

«Физика – 10 класс»

Вначале рассмотрим наиболее простой случай, когда электрически заряженные тела находятся в покое.

Раздел электродинамики, посвящённый изучению условий равновесия электрически заряженных тел, называют электростатикой.

Что такое электрический заряд?
Какие существуют заряды?

Со словами электричество, электрический заряд, электрический ток вы встречались много раз и успели к ним привыкнуть. Но попробуйте ответить на вопрос: «Что такое электрический заряд?» Само понятие заряд — это основное, первичное понятие, которое не сводится на современном уровне развития наших знаний к каким-либо более простым, элементарным понятиям.

Попытаемся сначала выяснить, что понимают под утверждением: «Данное тело или частица имеет электрический заряд».

Все тела построены из мельчайших частиц, которые неделимы на более простые и поэтому называются элементарными.

Элементарные частицы имеют массу и благодаря этому притягиваются друг к другу согласно закону всемирного тяготения. С увеличением расстояния между частицами сила тяготения убывает обратно пропорционально квадрату этого расстояния. Большинство элементарных частиц, хотя и не все, кроме того, обладают способностью взаимодействовать друг с другом с силой, которая также убывает обратно пропорционально квадрату расстояния, но эта сила во много раз превосходит силу тяготения.

Так, в атоме водорода, изображённом схематически на рисунке 14.1, электрон притягивается к ядру (протону) с силой, в 1039 раз превышающей силу гравитационного притяжения.


Если частицы взаимодействуют друг с другом с силами, которые убывают с увеличением расстояния так же, как и силы всемирного тяготения, но превышают силы тяготения во много раз, то говорят, что эти частицы имеют электрический заряд.

Сами частицы называются заряженными.

Бывают частицы без электрического заряда, но не существует электрического заряда без частицы.

Взаимодействие заряженных частиц называется электромагнитным.

Электрический заряд определяет интенсивность электромагнитных взаимодействий, подобно тому как масса определяет интенсивность гравитационных взаимодействий.

Электрический заряд элементарной частицы — это не особый механизм в частице, который можно было бы снять с неё, разложить на составные части и снова собрать. Наличие электрического заряда у электрона и других частиц означает лишь существование определённых силовых взаимодействий между ними.

Мы, в сущности, ничего не знаем о заряде, если не знаем законов этих взаимодействий. Знание законов взаимодействий должно входить в наши представления о заряде. Эти законы непросты, и изложить их в нескольких словах невозможно. Поэтому нельзя дать достаточно удовлетворительное краткое определение понятию электрический заряд.

Два знака электрических зарядов.

Все тела обладают массой и поэтому притягиваются друг к другу. Заряженные же тела могут как притягивать, так и отталкивать друг друга. Этот важнейший факт, знакомый вам, означает, что в природе есть частицы с электрическими зарядами противоположных знаков; в случае зарядов одинаковых знаков частицы отталкиваются, а в случае разных притягиваются.

Заряд элементарных частиц — протонов, входящих в состав всех атомных ядер, называют положительным, а заряд электронов

— отрицательным. Между положительными и отрицательными зарядами внутренних различий нет. Если бы знаки зарядов частиц поменялись местами, то от этого характер электромагнитных взаимодействий нисколько бы не изменился.

Элементарный заряд.

Кроме электронов и протонов, есть ещё несколько типов заряженных элементарных частиц. Но только электроны и протоны могут неограниченно долго существовать в свободном состоянии. Остальные же заряженные частицы живут менее миллионных долей секунды. Они рождаются при столкновениях быстрых элементарных частиц и, просуществовав ничтожно малое время, распадаются, превращаясь в другие частицы. С этими частицами вы познакомитесь в 11 классе.

К частицам, не имеющим электрического заряда, относится нейтрон. Его масса лишь незначительно превышает массу протона. Нейтроны вместе с протонами входят в состав атомного ядра. Если элементарная частица имеет заряд, то его значение строго определено.

Заряженные тела. Электромагнитные силы в природе играют огромную роль благодаря тому, что в состав всех тел входят электрически заряженные частицы. Составные части атомов — ядра и электроны — обладают электрическим зарядом.

Непосредственно действие электромагнитных сил между телами не обнаруживается, так как тела в обычном состоянии электрически нейтральны.

Атом любого вещества нейтрален, так как число электронов в нём равно числу протонов в ядре. Положительно и отрицательно заряженные частицы связаны друг с другом электрическими силами и образуют нейтральные системы.

Макроскопическое тело заряжено электрически в том случае, если оно содержит избыточное количество элементарных частиц с каким-либо одним знаком заряда. Так, отрицательный заряд тела обусловлен избытком числа электронов по сравнению с числом протонов, а положительный — недостатком электронов.

Для того чтобы получить электрически заряженное макроскопическое тело, т. е. наэлектризовать его, нужно отделить часть отрицательного заряда от связанного с ним положительного или перенести на нейтральное тело отрицательный заряд.

Это можно сделать с помощью трения. Если провести расчёской по сухим волосам, то небольшая часть самых подвижных заряженных частиц — электронов перейдёт с волос на расчёску и зарядит её отрицательно, а волосы зарядятся положительно.

Равенство зарядов при электризации

С помощью опыта можно доказать, что при электризации трением оба тела приобретают заряды, противоположные по знаку, но одинаковые по модулю.

Возьмём электрометр, на стержне которого укреплена металлическая сфера с отверстием, и две пластины на длинных рукоятках: одна из эбонита, а другая из плексигласа. При трении друг о друга пластины электризуются.

Внесём одну из пластин внутрь сферы, не касаясь её стенок. Если пластина заряжена положительно, то часть электронов со стрелки и стержня электрометра притянется к пластине и соберётся на внутренней поверхности сферы. Стрелка при этом зарядится положительно и оттолкнётся от стержня электрометра (рис. 14.2, а).

Если внести внутрь сферы другую пластину, вынув предварительно первую, то электроны сферы и стержня будут отталкиваться от пластины и соберутся в избытке на стрелке. Это вызовет отклонение стрелки от стержня, причём на тот же угол, что и в первом опыте.

Опустив обе пластины внутрь сферы, мы вообще не обнаружим отклонения стрелки (рис. 14.2, б). Это доказывает, что заряды пластин равны по модулю и противоположны по знаку.

Электризация тел и её проявления. Значительная электризация происходит при трении синтетических тканей. Снимая с себя рубашку из синтетического материала в сухом воздухе, можно слышать характерное потрескивание. Между заряженными участками трущихся поверхностей проскакивают маленькие искорки.

С явлением электризации приходится считаться на производстве. Так, нити пряжи на текстильных фабриках электризуются за счёт трения, притягиваются к веретёнам и роликам и рвутся. Пряжа притягивает пыль и загрязняется.

В типографиях происходит электризация бумаги при печати, и листы слипаются. Чтобы это не происходило, применяют специальные устройства для стекания заряда. Однако электризация тел при тесном контакте иногда используется, например, в различных электрокопировальных установках и др.

Закон сохранения электрического заряда.

Опыт с электризацией пластин доказывает, что при электризации трением происходит перераспределение имеющихся зарядов между телами, до этого нейтральными. Небольшая часть электронов переходит с одного тела на другое. При этом новые частицы не возникают, а существовавшие ранее не исчезают.

При электризации тел выполняется закон сохранения электрического заряда. Этот закон справедлив для системы, в которую не входят извне и из которой не выходят наружу заряженные частицы, т. е. для изолированной системы.

В изолированной системе алгебраическая сумма зарядов всех тел сохраняется.

q1 + q2 + q3 + … + qn = const.         (14.1)

где q1, q2 и т. д. – заряды отдельных заряженных тел.

Закон сохранения заряда имеет глубокий смысл. Если число заряженных элементарных частиц не меняется, то выполнение закона сохранения заряда очевидно. Но элементарные частицы могут превращаться друг в друга, рождаться и исчезать, давая жизнь новым частицам.

Однако во всех случаях заряженные частицы рождаются только парами с одинаковыми по модулю и противоположными по знаку зарядами; исчезают заряженные частицы тоже только парами, превращаясь в нейтральные. И во всех этих случаях алгебраическая сумма зарядов остаётся одной и той же.

Справедливость закона сохранения заряда подтверждают наблюдения над огромным числом превращений элементарных частиц. Этот закон выражает одно из самых фундаментальных свойств электрического заряда. Причина сохранения заряда до сих пор неизвестна.

Источник: «Физика – 10 класс», 2014, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский



Электростатика – Физика, учебник для 10 класса – Класс!ная физика

Что такое электродинамика — Электрический заряд и элементарные частицы. Закон сохранения заряд — Закон Кулона. Единица электрического заряда — Примеры решения задач по теме «Закон Кулона» — Близкодействие и действие на расстоянии — Электрическое поле — Напряжённость электрического поля. Силовые линии — Поле точечного заряда и заряженного шара. Принцип суперпозиции полей — Примеры решения задач по теме «Напряжённость электрического поля. Принцип суперпозиции полей» — Проводники в электростатическом поле — Диэлектрики в электростатическом поле — Потенциальная энергия заряженного тела в однородном электростатическом поле — Потенциал электростатического поля и разность потенциалов — Связь между напряжённостью электростатического поля и разностью потенциалов. Эквипотенциальные поверхности — Примеры решения задач по теме «Потенциальная энергия электростатического поля. Разность потенциалов» — Электроёмкость. Единицы электроёмкости. Конденсатор — Энергия заряженного конденсатора. Применение конденсаторов — Примеры решения задач по теме «Электроёмкость. Энергия заряженного конденсатора»

Электрический заряд (кратко) (№2) | Физика. Закон, формула, лекция, шпаргалка, шпора, доклад, ГДЗ, решебник, конспект, кратко

Тема:

Электрический заряд

В электромагнитном взаимодействии участвуют частицы, об­ладающие специальным свойством — электрическим заря­дом. Заряженные частицы создают электромагнитное поле и, в свою очередь, испытывают воздействие с его стороны. Определить, обладает частица зарядом или нет, а также из­мерить его величину можно, исследуя ее взаимодействие с частицами, заведомо обладающими этим свойством. Оказывается, существует наименьший наблюдаемый за­ряд — это заряд электрона e, равный в системе СИ e = 1,6 • 10-19 Кл. Все прочие заряды кратны заряду электрона. Заряд — первичное понятие. Его нельзя сформулировать с помощью более простых понятий. Но в этом и нет необхо­димости. Для того чтобы высказывания относительно заря­да имели смысл, необходимо и достаточно однозначно оп­ределить, обладает частица этим свойством или нет, а если обладает, то какова величина заряда.

Кварки — частицы, обла­дающие дробным заря­дом, — не наблюдаются индивидуально. Заряд — это неотъемлемое свой­ство элементарной части­цы. Есть частицы, не об­ладающие зарядом, но если частица им облада­ет, то отнять ее заряд нельзя.

Заряды бывают положительные и отрицательные. По исто­рическим причинам заряду электрона приписывается знак (-). Большинство явлений электромагнетизма в окружающем нас мире связано с двумя стабильными частицами — электроном с зарядом e и протоном с зарядом +e. Материал с сайта http://worldofschool.ru

Частицы с зарядами противоположных знаков притя­гиваются друг к другу, поэтому системы из большого числа частиц, как правило, нейтральны: в них сбалан­сировано число положительно и отрицательно заря­женных частиц. Если мы имеем заряженное макроско­пическое тело, то это означает, что какое-то число заряженных частиц (обычно электронов) удалено с те­ла или, наоборот, внедрено в него.

На этой странице материал по темам:
  • Электрические заряды кратко

  • Электрический заряд и его свойства кратко

  • Кратко про электрический заряд физика

  • Электрическое воздействие и заряд кратко шпора

  • Электрический заряд кратко

Закон сохранения заряда в физике

Закон сохранения заряда:

Закон сохранения заряда. Изменится ли общий заряд тела, когда тело электризуется? Чтобы ответить на этот вопрос, проведем следующий опыт (рис. 7.1а).

Возьмем электрометр, на его стержень установим металлический диск. Накрыв диск кусочком плотной ткани, потрем его другим диском, который имеет изолированную ручку. При этом стрелка электрометра будет наклоняться. Это показывает, что на ткани и диске появились электрические заряды.

Продолжим опыт. Диск, которым натерли ткань, соединяем со стрелкой второго электрометра (рис.7.1б). В этом случае стрелка второго электрометра тоже повернется. Угол наклона стрелки равняется углу наклона стрелки первого электрометра. Это показывает, что оба диска зарядились одинаково. Если соединить стержни каждого из двух электрометров металлическим проводником, мы увидим, что стрелки обоих электрометров приходят в нулевое положение. Это явление показывает, что электрометры имели равные по количеству, но разные по знаку заряды. Поэтому сумма этих зарядов равна нулю. 

Все опыты по электризации показали, что невозможно зарядить только одно тело. Чтобы зарядить тело, обязательно требуется второе тело. Какой отрицательный заряд получает одно из тел в процессе зарядки, такой же положительный заряд получит второе тело. В результате общее количество зарядов тела остается без изменения.
 

Алгебраическая сумма зарядов всех тел, входящих в любую закрытую систему, остается постоянной, т.е.:

Этот вывод называется законом сохранения электрических зарядов.
Закон сохранения зарядов открыт в 1750 году американским ученым и политическим деятелем Бенджамином Франклином.

Согласно теории Фарадея и Максвелла, вокруг наэлектризованных тел создается электрическое поле. Взаимодействие происходит как раз посредством этого электрического поля. Это поле невозможно потрогать руками или увидеть глазами. Его можно только почувствовать. Изучение воздействия электрического поля на заряженные частицы показало, что воздействие поля вблизи заряженного тела сильнее, а с удалением от него воздействие становится слабее. Чтобы показать, насколько сильно поле, созданное электрическим зарядом, введена величина, которая называется напряженностью электрического поля. Напряженность электрического поля определяется формулой:

Здесь  – напряженность поля в определенной его точке; – количество заряда, помещенного в эту точку поля; – сила, действующая на помещенный заряд со стороны электрического поля.
Электрическое поле характеризуется с помощью силовых линий или линий напряженности (рис. 7.2 и 7.3). Напряженность электрического поля является векторной величиной и направлена по направлению силовых линий.

Единица напряженности  или .
Подсчитаем напряженность поля точечного заряда на расстоянии :

Здесь – расстояние от точечного заряда до точки, где определяется напряженность поля; .
Электрическое поле в основном создают системы зарядов. Например, если в определенную точку поля, созданного системами зарядов  и  ввести пробный заряд, то на него со стороны каждого заряда будут действовать силы  и  (рис. 7.4). Среднее значение сил, воздействующих на пробный заряд, равно:

В этом случае напряженность поля в точке  равняется:

На основании выражения (7.5) делаем следующий вывод:
Напряженность электростатического поля, создаваемого в данной точке системой зарядов, равна векторной сумме напряженностей полей, создаваемых в этой точке каждым зарядом в отдельности.

Это уравнение называется принципом суперпозиции электрического поля.

Смысл слова «суперпозиция» означает «суммирование или «сложения».
Вычислим по принципу суперпозиции напряженность поля, создаваемого в определенной точке двумя точечными зарядами, расположенными на расстоянии r друг от друга (рис. 7.4). Напряженность поля каждого заряда в рассматриваемой точке определяется выражением  и .

Итоговая напряженность поля заряда в данной
точке по принципу суперпозиции вычисляется на основании следующей формулы:

Здесь и соответственно напряженности полей точечных зарядов в рассматриваемой точке, – угол между векторами напряженности поля.

Образец решения задачи:

Два противоположно заряженных точечных заряда величиной по 4 нКл каждый расположены на расстоянии 10 см друг от друга. Чему равна напряженность поля в точке, расположенной на расстоянии 8 см от первого заряда, 6 см от второго заряда?
Дано:

Найти:

Формула и решение:

Ответ: 

как распределен в пространстве заряд электрона

Исследователи провели расчеты и предложили схему эксперимента, где электронная волна де Бройля выглядит как пончик (так называемый закрученный электрон) и излучает электромагнитные волны так, как будто электрический заряд находится не в малой области, а распределен по всему «пончику». Если расчеты подтвердятся в экспериментах, это будет означать, что электрон, оставаясь элементарной частицей, может при определенных условиях проявлять себя как объект с некоторым пространственным распределением заряда.

В современных электронных микроскопах размеры электронной волны могут достигать миллиметров – в десятки миллиардов раз больше, чем квантовый размер электрона. Поэтому вопрос о том, в какой области пространства локализован заряд, играет принципиальную роль как для фундаментального понимания природы элементарных частиц, так и для целей электронной микроскопии.

Результаты опубликованы в журнале Physical Review A. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ). Руководит проектом старший научный сотрудник лаборатории теоретической и математической физики ФФ ТГУ Дмитрий Карловец.


Элементарные частицы – электроны, позитроны, мюоны и другие – могут вести себя как волны. Область пространства, где находится такая волна вероятности, обычно называется неопределенностью координаты электрона. Сам термин «неопределенность» наталкивает на мысль, что мы не знаем, где именно внутри этой фиктивной волны находится реальный электрон с классическим размером – порядка одного фемтометра (одна миллионная одной миллиардной метра) или с квантовым размером – порядка ста фемтометров. Согласно распространенной интерпретации, если бы мы могли точно установить, где именно расположен электрон внутри волны вероятности, неопределенность обратилась бы в нуль и волна перестала бы существовать — произошел бы ее «коллапс». Эта точка зрения согласуется с многочисленными экспериментами, в том числе по излучению электромагнитных волн: электроны всегда излучают не как пространственно протяженные волны, а, скорее, как маленькие шарики с электрическим зарядом, находящиеся в очень малой области пространства.

Волны вероятности, как и более привычные волны фотонов – частиц света, всегда расплываются по мере распространения – становятся шире, неопределенность координаты увеличивается. С самого начала квантовой механики это свойство часто рассматривалось как некоторый изъян теории, связанный лишь с нашим незнанием точного местоположения электрона. Последние эксперименты по излучению таких электронов показывают, что даже при этом такая волна излучает так, будто внутри нее находится очень маленький заряженный шарик и весь заряд волны сосредоточен внутри шарика.

Но существует и другая «неточечная» интерпретация такой волны: заряд электрона можно представить как бы размазанным по всей волне подобно пучку многих частиц, но с общим зарядом, равным заряду одного электрона. За последние 10 лет физики научились придавать таким волнам различные формы, в частности, форму радуги и пончика. Если бы первая, «точечная» интерпретация электронной волны была единственно возможной, то форма и размер волны вероятности не влияли бы на физические процессы, в которых принимает участие такой электрон. Однако исследователи знают, что это не так – она влияет. Электрон может вести себя и как облачко заряда определенной формы, если его положение в пространстве внутри облачка напрямую не измеряется.


– В нашей работе мы предложили схему эксперимента, в которой электронная волна имеет форму пончика – так называемый «закрученный электрон» – и излучает электромагнитные волны так, будто электрический заряд не локализован в малой области, а размазан по всему облаку. Это связано с тем, что волны сильно несимметричной формы, то есть не шарика, а, например, эллипса, пончика или радуги, приобретают дополнительную внутреннюю характеристику, называемую электрическим квадрупольным моментом. Такой эксперимент может включать металлическую дифракционную решетку, вблизи которой движутся электроны, – рассказывает Дмитрий Карловец, руководитель проекта по гранту РНФ, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник ФФ ТГУ.

Расчеты показывают, что специфическая форма волны приводит к необычному эффекту – нелинейному усилению излучения, в результате чего такой закрученный электрон излучит всю свою энергию и остановится намного быстрее, чем обычный.

– Если результаты наших расчетов подтвердятся в экспериментах, это будет означать, что вторая «неточечная» интерпретация волны вероятности также возможна, а сам электрон, оставаясь элементарной частицей, может при определенных условиях проявлять себя как объект с некоторым пространственным распределением электрического заряда. Существенно, что для проведения такого эксперимента не требуется использования дорогих установок, а достаточно обычного электронного микроскопа, доступного во многих, в том числе российских лабораториях, – отмечает Дмитрий Карловец.

Источник: пресс-служба РНФ

Физика 8 класс. Два рода электрических зарядов. Взаимодействие заряженных тел. Электроскоп :: Класс!ная физика


Физика 8 класс. ДВА РОДА ЗАРЯДОВ

Существуют два рода электрических зарядов: положительные и отрицательные.

Условились считать:
заряд, полученный на стекле, потертом о шелк, положительным,
а заряд, полученный на эбоните, потертом о шерсть, отрицательным.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЗАРЯЖЕННЫХ ТЕЛ

Наэлектризованные тела взаимодействуют друг с другом:

Тела, имеющие электрические заряды одинакового знака, взаимно отталкиваются.
А тела, имеющие заряды противоположного знака, взаимно притягиваются.

ЭЛЕКТРОСКОП

Существуют две близкие разновидности приборов для обнаружения электрических зарядов:
электроскоп или электрометр.

Электроскоп состоит из металлического стержня, пропущенного через диэлектрическую пробку, и подвешенных к нему двух лепестков из металлической фольги. При прикосновении к стержню заряженным телом листочки оказываются одноименно заряженными и отклоняются друг от друга.

В электрометре к металлическому стержню подсоединена металлическая стрелка, которая может свободно вращаться. При прикосновении к стержню заряженным телом стрелка получает заряд такого же знака и пытается оттолкнуться от одноименно заряженного стержня, указывая на измерительной шкале величину заряда.

По величине угла расхождения лепестков электроскопа или по углу отклонения стрелки электрометра можно судить о величине электрического заряда.

Заряженный электроскоп позволяет обнаружить зарядом какого знака наэлектризовано тело.

ЗНАЕШЬ ЛИ ТЫ ?

… что ученый Роберт Бойль родился в Ирландии в 1627 г.
Наука 17 века знала два проявления электрического поля – электрическое притяжение и отталкивание. Посредством опытов Бойль доказал, что в пустоте электрические опыты удаются так же, как и в обычных условиях. То есть с современной точки зрения был сделан вывод о том, что электрическое поле может существовать в вакууме.
Бойль сделал ряд наблюдений над свойствами наэлектризованных тел. Например, что дым также притягивается наэлектризованными телами и, что не только наэлектризованное тело притягивает не наэлектризованное, но и наоборот, первое притягивается вторым.

КАК ИЗОБРЕТАЛИ ЭЛЕКТРОСКОП?

Как известно, самая первая приемлемая конструкция электроскопа была предложена Г.В.Рихманом, который измерял электрический заряд по отклонению от заряженной стойки льняной нити.
К нижнему концу шеста прикрепляли железную линейку, к верхней части которой приклеивали шелковую нить. При приближении грозы металлический шест и линейка с нитью заряжались, и нить, отталкиваясь от нее, отклонялась на некоторый угол. При близкой и сильной грозе из линейки извлекали искры.

___

Затем для этих же целей аббат Нолле предложил пользоваться двумя взаимно отталкивающимися нитями.

___


Член Лондонского королевского общества Джон Кантон в 1753 году разработал конструкцию, в которой нити уже не так чувствительно реагировали на движение воздуха или на дыхание экспериментатора. Он подвешивал на концы нитей шарики из пробки или бузины.
Вот как был устроен электроскоп Кантона: “Подвесьте к потолку на льняных нитях два пробковых шарика величиной с малую горошину каждый так, чтобы они соприкасались друг с другом. Подведите к шарикам снизу возбужденную электричеством стеклянную трубку
– тогда шарики разойдутся”.

Устали? – Отдыхаем!

Физика своими словами — LiveJournal

Изучение электрических явлений обычно начинают с рассмотрения электростатического поля.

Итак, электростатическое поле – это неизменное во времени поле, которое создается покоящимися электрическими зарядами.
В этом простом определении важно обратить внимание вот на что. Известно, что заряд создает электромагнитное поле, но покоящийся заряд создает только электрическое. Это объясняется тем, что когда заряд покоится, то не возникает сила Лоренца, которая зависит от скорости заряженной частицы, поэтому и не возникает магнитная составляющая электромагнитного поля.

Известно, что в электростатическом поле справедлив закон Кулона, который подозрительно похож на закон Всемирного тяготения Ньютона. Это совпадение совсем не случайно. Об этом я расскажу совсем скоро.

Закон Кулона: два неподвижных электрических заряда отталкивают или притягивают друг друга с силой, пропорциональной произведению величин зарядов и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.

Закон в векторной форме. k – коэффициент пропорциональности.

Закон Кулона позволяет находить силу с которой одна частица действует на другую. Конечно, можно говорить, что он определяет силу взаимодействия двух частиц, но почему-то такое опредленение вызывает путаницу при решении задач.

В законе Кулона важное физическое значение имеют утверждения об обратной зависимости силы от квадрата расстояния и об аддитивности действия электрических зарядов.

Для простоты закон Кулона используют для точечных зарядов, то есть зарядов, размерами которых можно пренебречь в условиях данной задачи. Понятие точечного заряда аналогично понятию материальной точки, для которой также пренебрегали размерами.

Сила в законе Кулона является ньютоновской, поэтому для нее справедлив 3 закон Ньютона: F=-F

Равновесие зарядов
Нужно добавить, что заряды, создающие электростатическое поле, покоятся под действием неэлектрических сил, например, силы тяжести. Существует теорема Ирншоу, которая утверждает невозможность удержания зарядов в равновесии с помощью только электрических сил, то есть если на заряды действуют только электрические силы, то их равновесная конфигурация будет неустойчива.

Доказательство аддитивности действия электрических зарядов

Рассмотрим систему состоящую из трех зарядов q1, q2, q3.
q1 и q2 поместим условно на расстоянии 10 см друг от друга, а заряд q3 на очень большом расстоянии, из закона Кулона понятно, что он практически не будет действовать на заряды q1 и q2. Затем измерим силу, с которой заряд q2 действует на заряд q1.

Теперь поменяем заряды q2 и q3 местами и измерим силу, с которой заряд q3 действует на q1.

И затем поместим заряды q2 и q3 максимально близко друг к другу на расстоянии 10 см от q1. Будем считать q2 и q3 за один заряд. Измерим с какой силой он деййствует на q1.

Окажется, что сила, действующая на q1, равна сумме первоначально измеренных сил. Этот вывод доказывает утверждение об аддитивности действия электрических зарядов. Также из вывода следует, что сила взаимодействия двух зарядов не изменяется при наличии третьего заряда ( и любого количества зарядов).

Принцип суперпозиции

Независимо от числа зарядов, входящих в систему, закон Кулона можно использовать для вычисления взаимодействия каждой пары. Отсюда следует принцип суперпозиции.

Принцип суперпозиции: сила, действующая на заряд, расположенный в любой точке объединенной системы зарядов, представляет собой векторную сумму сил, которые создаются каждыми зарядами системы в отдельности и действуют на заряд в этой точке.

Принцип суперпозиции не справедлив при очень малых расстояниях или при действии очень больших сил.

Электрические заряды | Электричество | Облепиха

Помимо того, что электрические явления являются одними из самых таинственных явлений нашего мира, они еще являются и той красной линией, за которую многие боятся переходить, занимаясь изучением физики.

Вполне понятно, почему так происходит. Если, например, в механике мы имеем дело с осязаемыми материальными объектами, способными совершать какое-то перемещение, ускоряться, замедляться и так далее, то в физике электричества мы с самого начала вынуждены иметь дело с электрическим зарядом.

Что же такое заряд? В том-то и дело, что мы достоверно этого не знаем. Классическая физика исходит из того, что заряд – это некоторое свойство объекта, проявляющееся в его способности взаимодействовать с другими заряженными телами. (Интересно то, что здесь мы можем провести некую аналогию с уже известным нам понятием – массой. Когда мы определяем массу как меру инертности тела, показывающую, насколько трудно изменить скорость объекта, мы говорим лишь о том, как она себя проявляет, но не о том, что же это такое.)

Забавно, что поиск точного определения в случае с электрическим зарядом оказывается не таким уж и нужным. Гораздо большее значение имеет тот факт, что существуют две его разновидности. Один из видов заряда принято считать “положительным”, а другой – “отрицательным”. Изначально их называли иначе  – “стеклянный” и “смоляной” – благодаря чему здесь хорошо видна условность каких бы то ни было названий. При желании можно было бы придумать и что-нибудь повеселее. (Позднее физики и сами осознали это, поэтому хорошо оттянулись на кварках, которые, например, бывают “прелестными”.)

Студенту на заметку

К слову, называть разные виды зарядов “положительными” и “отрицательными” первым предложил человек со стодолларовой купюры – Бенджамин Франклин. Скорее всего, он хотел сделать работу с зарядами такой же простой, как и работу с положительными и отрицательными числами. Если у вас есть тело с зарядом +5 и вы переносите на него заряд -2, вы получите +3, и именно такой заряд будет в итоге у объекта.

Электрический заряд обычно обозначается маленькой буквой q. Измеряется он в кулонах (Кл) – единицах, названных так в честь французского ученого Кулона, когда-то занимавшегося проблемами, связанными с электричеством. О нем мы еще поговорим сегодня.

Итак, как уже говорилось раньше, есть два вида заряда, это означает, что одно и то же тело может быть заряжено по-разному и от этого, в частности, зависит как оно будет взаимодействовать с другими заряженными телами. Оказывается, что одноименно заряженные объекты имеют склонность отталкиваться друг от друга, а разноименно заряженные – притягиваться друг к другу.

А как вообще можно сообщить телу электрический заряд? Ну, например, при помощи трения. Если взять обычный воздушный шарик, потереть его о меховую шапку, а затем поднести к мелко нарезанной бумаге, ее кусочки начнут реагировать на происходящее, “вставать на дыбы”, может быть даже подлетать вверх и соединятся с шариком. Это называется трибоэлектрическим эффектом. Почему же так происходит?

Уже зная об атомах, мы можем предположить существование каких-то особенностей на молекулярном уровне у заряженных макроскопических тел, позволяющие им участвовать в электрических взаимодействиях. Впрочем, здесь нужно копнуть еще глубже и перейти с уровня молекул и атомов на уровень протонов и электронов. {-19}\,Кл

Причем электрон обладает именно отрицательным электрическим зарядом, а вот протоны в ядре имеют положительный заряд. У нейтронов, к слову, заряда вообще нет, отсюда и пошло их название. И весь атом в целом будет нейтрален, потому что число электронов в обычных условиях совпадает с числом протонов.

Как же все это объясняет ситуацию с бумагой? Когда вы трете шарик о шапку, его атомы в силу определенных обстоятельств схватывают электроны, принадлежащие атомам головного убора, и благодаря этому воздушный шарик приобретает отрицательный заряд (электронов становится больше, чем протонов). Когда же вы подносите шарик к бумаге, ее атомы слегка перестраиваются: положительно заряженные ядра смещаются ближе к приближающемуся шарику, а вот отрицательно заряженные электроны смещаются дальше. И нужно отметить, что силы притяжения будут больше сил отталкивания, потому что протоны бумаги будут находиться ближе к инородным электронам, чем электроны этой же самой бумаги.

Ура, хоть что-то стало понятнее! Но мы неумолимо подходим к очень серьезному вопросу, который касается силы, существующей между зарядами. 2.

Electric Charge — Резюме — The Physics Hypertextbook

Electric Charge — Резюме — The Physics Hypertextbook

Резюме

  • Заряд (или, более формально, электрический заряд ) — это основное количество электричества.
    • Электричество зависит от платы.
    • Никто не может сказать вам, что такое заряд. Они могут только сказать вам, как взаимодействуют заряды.
  • Классическое изучение электричества обычно делится на три основные области.
    • электростатика : изучение сил, действующих между зарядами
    • электрический ток : изучение форм энергии, связанных с потоком заряда
    • электромагнетизм : изучение сил, действующих между движущимися зарядами
  • Связь между типами заряда и математическими символами преднамеренная и остроумная.
    • Электрический заряд бывает двух и только двух типов.
      • положительный (+)
      • отрицательный (-)
    • Термин нейтральный относится не к третьему типу заряда, а к наличию в области положительных и отрицательных зарядов в равном количестве.
      • Сумма одинаковых положительных и отрицательных величин равна нулю (0). Вот что значит быть электрически нейтральным.
      • Предполагаемый заряд всех макроскопических объектов нейтрален, если не указано иное.
      • Хотя области пространства можно описать как «положительные» или «отрицательные», вселенная в целом электрически нейтральна.
    • Выбор отнесения плюса к одному типу заряда и минуса к другому был совершенно произвольным.
      • Не существует объективного теста, позволяющего отличить положительный заряд от отрицательного.
      • Знак заряда можно определить только путем сравнения с зарядом, знак которого уже известен.
  • Правило действия
    • Одинаковые заряды отталкиваются.
    • Противоположные заряды притягиваются.
  • Методы зарядки
    • трибоэлектричество
      • — это разделение зарядов, которое происходит, когда различные материалы соприкасаются, а затем разделяются таким образом, что один материал становится положительным, а другой — отрицательным.
      • — метод, с помощью которого был впервые обнаружен электрический заряд
      • часто ошибочно называют “зарядкой трением”
    • проводимость
      • — передача заряда при контакте с уже заряженным объектом
      • также может возникнуть при пробое диэлектрика
        • При достаточном напряжении изолятор может проводить электричество.
        • Искра возникает, когда воздух подвергается пробою диэлектрика.
    • индукция
      • — это разделение заряда, которое происходит, когда нейтральный объект приближается к заряженному объекту
      • — средство, с помощью которого незаряженный объект может притягиваться к заряженному объекту.
        • Одноименные заряды удаляются от заряженного объекта.
        • Противоположные заряды движутся к заряженному объекту.
        • Притяжение преобладает, так как одноименные заряды расположены ближе друг к другу, чем противоположные заряды.
    • Объяснение некоторых методов зарядки лучше предоставить химикам этого мира.
      • электрохимический : содержится в батареях и электрических рыбах
      • полярность : разделение зарядов на молекулярном уровне
    • Объяснение некоторых методов заряда лучше предоставить специалистам-материаловедам этого мира.
      • пьезоэлектричество : разделение зарядов в материалах под однородным механическое напряжение (сжатие или растяжение)
      • флексоэлектричество : разделение зарядов в материалах под неоднородное механическое напряжение (изгиб)
      • пироэлектричество : разделение зарядов при нагревании
  • Заряд берет свое начало в атомной структуре.
    • Атомы в целом…
      • вечный
      • электрически нейтральный
      • в основном пустое место
      • малый (~ 10 −10 м)
    • Ядро…
      • центр атома
      • электрически положительный
      • относительно массивный (источник почти всей массы атома)
      • фиксированный (фактически неподвижный)
      • очень маленькие (~ 10 −15 м)
    • Электрон — это…
      • распределено по всему объему атома (~ 10 −10 м)
      • электрически отрицательный
      • относительно легкий
      • мобильный (сравнительно легко перемещается)
      • бесконечно мал в изолированном состоянии (< 10 −18 м)
    • Большинство электрических явлений на Земле связано с переносом электронов.
  • Электрические свойства материалов
    • Заряд может легко проходить через проводник .
      • металлы
      • электролиты (ионизированные жидкости)
      • плазма (ионизированные газы)
    • Заряд не проходит легко через изолятор .
      • неметаллы (чистая вода, органика, газы, …)
    • Материал, который иногда ведет себя как проводник, а иногда как изолятор, называется полупроводником .
      • металлоиды (кремний, германий, легированные материалы, …)
    • Материалы, в которых заряды текут без сопротивления, называются сверхпроводниками .
      • Сверхпроводники в некотором смысле являются идеальными проводниками.
      • Многие вещества являются сверхпроводниками ниже некоторой критической температуры.
  • Единицей заряда в системе СИ является кулонов [C].
    • Один кулон — это количество заряда, переносимого силой тока в один ампер за одну секунду [C = A s].
      • Обоснование этого определения лучше оставить для последующих глав этой книги.
    • Один кулон — слишком большая единица измерения для повседневных применений.
      • Суммарный заряд объектов размером с человека с заметным зарядом лучше всего измеряется в нанокулонах [нКл] или пикокулонах [пКл].
  • Элементарная зарядка
    • Заряд равен , квантованному , кратному элементарному заряду [e].
    • Заряд протона +1 эл.
    • Заряд электрона равен −1 e.
    • 1 e = 1,602176634 × 10 −19  C точно по определению.
  • Сохранение заряда
    • Общий заряд закрытой системы постоянен.
    • Вселенная является закрытой системой.
    • Когда создаются субатомные частицы, они не добавляют и не уменьшают заряд Вселенной в целом.

Ни одно состояние не является постоянным.

  1. Механика
    1. Кинематика
      1. Движение
      2. Расстояние и перемещение
      3. Скорость и Скорость
      4. Ускорение
      5. Уравнения движения
      6. Свободное падение
      7. Графики движения
      8. Кинематика и исчисление
      9. Кинематика в двух измерениях
      10. Снаряды
      11. Параметрические уравнения
    2. Динамика I: Сила
      1. Силы
      2. Сила и масса
      3. Действие-реакция
      4. Вес
      5. Динамика
      6. Статика
      7. Трение
      8. Силы в двух измерениях
      9. Центростремительная сила
      10. Системы отсчета
    3. Энергия
      1. Работа
      2. Энергия
      3. Кинетическая энергия
      4. Потенциальная энергия
      5. Сохранение энергии
      6. Мощность
      7. Простые машины
    4. Динамика II: Импульс
      1. Импульс и импульс
      2. Сохранение импульса
      3. Импульс и энергия
      4. Импульс в двух измерениях
    5. Вращательное движение
      1. Вращательная кинематика
      2. Инерция вращения
      3. Вращательная динамика
      4. Вращательная статика
      5. Угловой момент
      6. Энергия вращения
      7. Роллинг
      8. Вращение в двух измерениях
      9. сила Кориолиса
    6. Планетарное движение
      1. Геоцентризм
      2. Гелиоцентризм
      3. Всемирная гравитация
      4. Орбитальная механика I
      5. Гравитационная потенциальная энергия
      6. Орбитальная механика II
      7. Гравитация вытянутых тел
    7. Периодическое движение
      1. Пружины
      2. Простой гармонический осциллятор
      3. Маятники
      4. Резонанс
      5. Эластичность
    8. Жидкости
      1. Плотность
      2. Давление
      3. Плавучесть
      4. Поток жидкости
      5. Вязкость
      6. Аэродинамическое сопротивление
      7. Режимы течения
  2. Теплофизика
    1. Тепло и температура
      1. Температура
      2. Тепловое расширение
      3. Атомная природа материи
      4. Газовые законы
      5. Кинетико-молекулярная теория
      6. Фазы
    2. Калориметрия
      1. Явное тепло
      2. Скрытая теплота
      3. Химическая потенциальная энергия
    3. Теплопередача
      1. Проводка
      2. Конвекция
      3. Радиация
    4. Термодинамика
      1. Тепло и работа
      2. Диаграммы давление-объем
      3. Двигатели
      4. Холодильники
      5. Энергия и энтропия
      6. Абсолютный ноль
  3. Волны и оптика
    1. Волновые явления
      1. Природа волн
      2. Периодические волны
      3. Интерференция и наложение
      4. Интерфейсы и барьеры
    2. Звук
      1. Природа звука
      2. Интенсивность
      3. Эффект Доплера (звук)
      4. Ударные волны
      5. Дифракция и интерференция (звук)
      6. Стоячие волны
      7. бьет
      8. Музыка и шум
    3. Физическая оптика
      1. Природа света
      2. Поляризация
      3. Эффект Доплера (свет)
      4. Черенковское излучение
      5. Дифракция и интерференция (свет)
      6. Тонкопленочная интерференция
      7. Цвет
    4. Геометрическая оптика
      1. Отражение
      2. Преломление
      3. Сферические зеркала
      4. Сферические линзы
      5. Аберрация
  4. Электричество и магнетизм
    1. Электростатика
      1. Электрический заряд
      2. Закон Кулона
      3. Электрическое поле
      4. Электрический потенциал
      5. Закон Гаусса
      6. Проводники
    2. Электростатические приложения
      1. Конденсаторы
      2. Диэлектрики
      3. Батареи
    3. Электрический ток
      1. Электрический ток
      2. Электрическое сопротивление
      3. Электроэнергия
    4. Цепи постоянного тока
      1. Резисторы в цепях
      2. Батареи в цепях
      3. Конденсаторы в цепях
      4. Правила Кирхгофа
    5. Магнитостатика
      1. Магнетизм
      2. Электромагнетизм
      3. Закон Ампера
      4. Электромагнитная сила
    6. Магнитодинамика
      1. Электромагнитная индукция
      2. Закон Фарадея
      3. Закон Ленца
      4. Индуктивность
    7. Цепи переменного тока
      1. Переменный ток
      2. RC-цепи
      3. Цепи РЛ
      4. LC-цепи
    8. Электромагнитные волны
      1. Уравнения Максвелла
      2. Электромагнитные волны
      3. Электромагнитный спектр
  5. Современная физика
    1. Относительность
      1. Пространство-время
      2. Масса-энергия
      3. Общая теория относительности
    2. кванта
      1. Излучение черного тела
      2. Фотоэлектрический эффект
      3. Рентген
      4. Антиматерия
    3. Волновая механика
      1. Волны материи
      2. Атомные модели
      3. Полупроводники
      4. Конденсированные вещества
    4. Ядерная физика
      1. Изотопы
      2. Радиоактивный распад
      3. Период полураспада
      4. Энергия связи
      5. Деление
      6. Фьюжн
      7. Нуклеосинтез
      8. Ядерное оружие
      9. Радиобиология
    5. Физика элементарных частиц
      1. Квантовая электродинамика
      2. Квантовая хромодинамика
      3. Квантовая динамика вкуса
      4. Стандартная модель
      5. Помимо стандартной модели
  6. Фонды
    1. шт.
      1. Международная система единиц
      2. Гауссова система единиц
      3. Британско-американская система единиц
      4. Разные единицы
      5. Время
      6. Преобразование единиц измерения
    2. Измерение
      1. Значащие цифры
      2. Порядок величины
    3. Графики
      1. Графическое представление данных
      2. Линейная регрессия
      3. Изогнутый фитинг
      4. Исчисление
    4. Векторов
      1. Тригонометрия
      2. Сложение и вычитание векторов
      3. Векторное разрешение и компоненты
      4. Умножение на вектор
    5. Ссылка
      1. Специальные символы
      2. Часто используемые уравнения
      3. Физические константы
      4. Астрономические данные
      5. Периодическая таблица элементов
      6. Люди в физике
  7. Задняя часть
    1. Предисловие
      1. Об этой книге
    2. Связаться с автором
      1. Гленнелерт. нас
      2. Беханс
      3. Инстаграм
      4. Твиттер
      5. Ютуб
    3. Аффилированные сайты
      1. гипертекстбук.com
      2. midwoodscience.org

Электрический заряд — Физика средней школы

Если вы считаете, что контент, доступный с помощью Веб-сайта (как это определено в наших Условиях обслуживания), нарушает одно или более ваших авторских прав, пожалуйста, сообщите нам, предоставив письменное уведомление («Уведомление о нарушении»), содержащее в информацию, описанную ниже, назначенному агенту, указанному ниже.Если университетские наставники примут меры в ответ на ан Уведомление о нарушении, он предпримет добросовестную попытку связаться со стороной, предоставившей такой контент средства самого последнего адреса электронной почты, если таковой имеется, предоставленного такой стороной Varsity Tutors.

Ваше Уведомление о нарушении может быть направлено стороне, предоставившей контент, или третьим лицам, таким как так как ChillingEffects. org.

Обратите внимание, что вы будете нести ответственность за ущерб (включая расходы и гонорары адвокатов), если вы существенно искажать информацию о том, что продукт или деятельность нарушают ваши авторские права.Таким образом, если вы не уверены, что содержимое находится на Веб-сайте или на который ссылается Веб-сайт, нарушает ваши авторские права, вам следует сначала обратиться к адвокату.

Чтобы подать уведомление, выполните следующие действия:

Вы должны включить следующее:

Физическая или электронная подпись владельца авторских прав или лица, уполномоченного действовать от его имени; Идентификация авторских прав, которые, как утверждается, были нарушены; Описание характера и точного местонахождения контента, который, как вы утверждаете, нарушает ваши авторские права, в \ достаточно подробно, чтобы преподаватели университета могли найти и точно идентифицировать этот контент; например, мы требуем а ссылку на конкретный вопрос (а не только название вопроса), который содержит содержание и описание к какой конкретной части вопроса — изображению, ссылке, тексту и т. д. — относится ваша жалоба; Ваше имя, адрес, номер телефона и адрес электронной почты; а также Заявление от вас: (а) что вы добросовестно полагаете, что использование контента, который, как вы утверждаете, нарушает ваши авторские права не разрешены законом или владельцем авторских прав или его агентом; б) что все информация, содержащаяся в вашем Уведомлении о нарушении, является точной, и (c) под страхом наказания за лжесвидетельство вы либо владельцем авторских прав, либо лицом, уполномоченным действовать от их имени.

Отправьте жалобу нашему назначенному агенту по адресу:

Чарльз Кон Varsity Tutors LLC
101 S. Hanley Rd, Suite 300
Сент-Луис, Миссури 63105

Или заполните форму ниже:

 

заряд | IOPSpark

Зарядка

Электричество и магнетизм

Плата

Глоссарий Определение для 16-19

Описание

Электрический заряд — это неотъемлемое свойство материи, переносимой некоторыми фундаментальными частицами. Заряд может принимать положительное или отрицательное значение.

Заряд обычно обозначается символом q или Q .

Величина заряда, переносимого одним электроном или протоном, обычно считается основной естественной единицей заряда и обозначается символом e .

Обсуждение

Часто, но не всегда, q используется для заряда одной частицы, а Q используется для общего заряда более крупного объекта.

Как статическое электричество (дисбаланс заряда, который не может легко перемещаться), так и текущее электричество можно объяснить в атомном масштабе с точки зрения заряженных частиц — обычно электронов. Когда объекты заряжаются фрикционным контактом, всегда происходит перенос электронов. Например, если вы заряжаете воздушный шар, потирая его о свой свитер, электроны переходят от свитера (с которым они менее сильно связаны) к воздушному шару, придавая воздушному шару общий отрицательный заряд, а вашему свитеру равное количество положительного заряда. В плазме (ионизированный газ) и в электролите (раствор, содержащий ионы) электрический ток связан с движением как положительных, так и отрицательных ионов.

Все заряженные частицы испытывают силу в электрическом поле; все движущиеся заряженные частицы испытывают силу в магнитном поле. Величина заряда частицы влияет на величину силы, которую она испытывает в обоих этих полях. Знак его заряда влияет на направление силы.

Заряд всегда сохраняется; его нельзя ни создать, ни разрушить.Заряд, который несет объект, представляет собой алгебраическую сумму всех составляющих его положительных и отрицательных зарядов. Объект без общего положительного или отрицательного заряда называется электрически нейтральным. В любой замкнутой системе общее количество заряда остается постоянным. В любой химической или ядерной реакции и любой реакции с участием элементарных частиц алгебраическая сумма зарядов остается постоянной.

Наблюдения за электрическим зарядом восходят к древним грекам, которые заметили, что если потереть янтарь («электрон» по-гречески), он может притягивать мелкие предметы. В 17 веке такие предметы, как натертый янтарь, считались «заряженными» (наполненными) «электричеством»; опыты показали, что два одинаково заряженных предмета (например, натертый мехом янтарь) всегда отталкиваются друг от друга, но предметы, заряженные по-разному, могут притягиваться (например, натертый мехом янтарь притягивает стекло, натертое о шелк, но отталкивает эбонит (разновидность из твердой резины), натертых шерстью.Обнаружено, что заряженные объекты можно разделить всего на два типа – натертый мехом янтарь и натертый шерстью эбонит, оба имеют один и тот же тип заряда, который исторически стал известен как отрицательный, в то время как стекло, натертое шелком, имеет то, что сейчас известно как положительный заряд.

Когда в конце 19 века был открыт электрон, оказалось, что он имеет отрицательный заряд.

Единица СИ

кулон, С

Выражено в основных единицах СИ

А с

Математические выражения

F = q E

где F — сила, действующая на частицу с зарядом q в электрическом поле E .

F = q v B sin θ

где F — величина силы, действующей на частицу с зарядом q , движущуюся со скоростью v в магнитном поле величиной B и θ — угол между магнитным полем и скоростью частицы .

Q = I т

, где Q — это общий заряд, который проходит точку в цепи за время t , а I — ток.

Связанные записи
  • Электрический ток
  • Электрическое поле
  • Магнитное поле
  • Магнитный поток
  • Электростатический потенциал
В контексте

Заряд, переносимый протоном, равен e = 1,60 × 10 –19 Кл. Электрон несет заряд – e = –1,60 × 10 –19 Кл

Электрон — это фундаментальная частица, он не состоит ни из чего другого. Протон состоит из двух верхних кварков (u) каждый с зарядом +2 e /3 и нижнего кварка (d) с зарядом – e /3. Кварки — фундаментальные частицы. Нейтрон состоит из двух d-кварков и одного u-кварка, что дает ему общий заряд, равный нулю.

Кулон положительного (или отрицательного) заряда эквивалентен заряду 6,25 × 10 18 протонов (или электронов). Заряд на куполе генератора Ван де Граффа, используемого в лабораторных демонстрациях, составляет порядка ~ 10 –6  Кл. При одиночном ударе молнии в землю переносимый заряд обычно составляет 5–350 Кл.

Электрические заряды

Строительные блоки материи

Материя состоит из атомов .Когда-то считавшиеся мельчайшими строительными блоками материи, мы теперь знаем, что атомы могут быть разбиты на еще более мелкие части, известные как протона , электрона и нейтрона . Каждый атом состоит из плотного ядра из положительно заряженных протонов и незаряженных (нейтральных) нейтронов. Это ядро ​​известно как ядро ​​ . Он окружен «облаком» гораздо меньших отрицательно заряженных электронов. Эти электроны вращаются вокруг ядра на различных энергетических уровнях. Чтобы перейти на более высокий энергетический уровень, электрон должен поглотить энергию.Когда электрон падает на более низкий энергетический уровень, он выделяет энергию.

Большинство атомов нейтральны, то есть они имеют равное количество положительных и отрицательных зарядов, что дает суммарный заряд 0. Чтобы это произошло, количество протонов должно равняться количеству электронов. Однако в определенных ситуациях атом может приобретать или терять электроны. В этих случаях атом в целом уже не нейтрален, и мы называем его ионом . Если атом теряет один или несколько электронов, он имеет положительный заряд и называется положительным ионом.Если вместо этого атом получает один или несколько электронов, он имеет суммарный отрицательный заряд и поэтому называется отрицательным ионом. Одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются. В физике мы обозначаем заряд объекта символом q.

Заряд является фундаментальным измерением в физике, так же как длина, время и масса являются фундаментальными измерениями. Фундаментальной единицей заряда является кулона [Кл], что представляет собой очень большое количество заряда. Сравните это с величиной заряда отдельного протона или электрона, известного как элементарный заряд , который равен 1.6*10 -19 кулон. Потребовалось бы 6,25*10 18 элементарных зарядов, чтобы составить один кулон заряда!

Вопрос: Какой суммарный заряд имеет объект с избытком 6,0*10 6 электронов?

Ответ:

 

 

Проводники и изоляторы

Некоторые материалы позволяют электрическим зарядам свободно перемещаться. Они называются проводниками . Примеры хороших проводников включают такие металлы, как золото, медь, серебро и алюминий. Напротив, материалы, в которых электрические заряды не могут свободно перемещаться, известны как изоляторы . К хорошим изоляторам относятся такие материалы, как стекло, пластик и резина.

Проводники и изоляторы характеризуются их удельным сопротивлением или способностью сопротивляться движению заряда. Материалы с высоким удельным сопротивлением являются хорошими изоляторами.Материалы с низким удельным сопротивлением являются хорошими проводниками.

Полупроводники представляют собой материалы, которые в чистом виде являются хорошими изоляторами. Однако, добавляя небольшое количество примесей, известных как примеси, их удельное сопротивление можно значительно снизить, пока они не станут хорошими проводниками.


Зарядка проводимостью

Материалы можно заряжать при контакте или проводимости. Если вы возьмете воздушный шарик и потрете его о волосы, часть электронов от атомов в ваших волосах перейдет к воздушному шарику.Воздушный шар теперь имеет дополнительные электроны и, следовательно, имеет отрицательный заряд. В ваших волосах не хватает электронов, поэтому теперь они имеют чистый положительный заряд.

Подобно импульсу и энергии, заряд также сохраняется. Продолжая наш пример с волосами и воздушным шаром, величина чистого положительного заряда на ваших волосах равна величине чистого отрицательного заряда на воздушном шаре. Общий заряд системы волос/баллон остается нулевым (нейтральным). На каждый дополнительный электрон (отрицательный заряд) на воздушном шаре приходится соответствующий отсутствующий электрон (положительный заряд) в ваших волосах.Это известно как закон сохранения заряда .

Проводники также можно заряжать от контакта. Если заряженный проводник соединить с идентичным нейтральным проводником, общий заряд будет разделен между двумя проводниками.

Вопрос: Если проводник, несущий суммарный заряд из 8 элементарных зарядов, привести в соприкосновение с таким же проводником без суммарного заряда, каков будет заряд каждого проводника после того, как они будут разделены?

Ответ: Каждый проводник будет иметь заряд 4 элементарных заряда.

Вопрос: Каков суммарный заряд (в кулонах) каждого проводника после их разделения?

Ответ:


Электроскоп

Простой инструмент, используемый для обнаружения небольших электрических зарядов, известный как электроскоп, работает на основе проводимости. Электроскоп состоит из проводящего стержня, прикрепленного к двум тонким проводящим пластинам на одном конце и изолированного от окружающих зарядов изолирующей пробкой, помещенной в колбу.Если заряженный предмет соприкасается с проводящим стержнем, часть заряда передается на стержень. Так как стержень и листья образуют проводящую дорожку, а одноименные заряды отталкиваются друг от друга, заряды равномерно распределяются по всему стержне-листовому аппарату. Листья, имеющие одинаковые заряды, отталкиваются друг от друга, причем большие заряды обеспечивают большее разделение листьев!


Индукционная зарядка

Проводники также можно заряжать без контакта с другим заряженным объектом в процессе, известном как зарядка индукцией .Это достигается размещением проводника рядом с заряженным объектом и заземлением проводника. Чтобы понять зарядку посредством индукции, мы должны сначала осознать, что, когда объект соединен с Землей проводящей дорожкой, известной как заземление , Земля действует как бесконечный источник для предоставления или приема избыточных электронов.

Чтобы зарядить проводник индукцией, мы сначала подносим его близко к другому заряженному объекту. Когда проводник находится близко к заряженному объекту, любые свободные электроны на проводнике будут двигаться к заряженному объекту, если объект заряжен положительно (поскольку противоположные заряды притягиваются), или от заряженного объекта, если объект отрицательно заряжен (поскольку одинаковые заряды отталкивать).

Если проводник затем «заземляется» с помощью токопроводящего пути к Земле, избыточный заряд компенсируется посредством переноса электронов на Землю или с Земли. Затем связь с землей разрывается. Когда первоначально заряженный объект перемещается далеко от проводника, заряды в проводнике перераспределяются, оставляя суммарный заряд на проводнике, как показано ниже.

 

Вы также можете вызвать заряд в заряженной области нейтрального объекта, поднеся к этому объекту сильный положительный или отрицательный заряд.В таких случаях электроны в нейтральном объекте имеют тенденцию двигаться к сильному положительному заряду или от большого отрицательного заряда. Хотя сам объект остается нейтральным, части объекта более позитивны или негативны, чем другие части. Таким образом, вы можете привлечь нейтральный объект, приблизив к нему заряженный объект, положительный или отрицательный. Иными словами, положительно заряженный объект может притягиваться как к отрицательно заряженному, так и к нейтральному объекту, а отрицательно заряженный объект может притягиваться как к положительно заряженному, так и к нейтральному объекту.

По этой причине единственный способ определить, заряжен ли объект, — это отталкивание. Положительно заряженный объект может отталкиваться только другим положительным зарядом, а отрицательно заряженный объект может отталкиваться только другим отрицательным зарядом.

 

 

Страница не найдена | Предгорный колледж

Позвольте нам помочь вам найти то, что вам нужно

Пришли на эту страницу после поиска в Google?

  • Попробуйте наш NEW поисковая система на базе
Также попробуйте выполнить следующие действия.

Поиск рекомендаций по навигации

Важное примечание о результатах поиска

Если неработающая ссылка включает .php:
  • Наш устаревший веб-сайт использовал расширение файла .php .
  • Наш новый сайт использует .HTML
  • Если результаты поиска по вашим ключевым словам дают вторичный выбор для .html , сначала попробуйте .html.
  • Некоторые из наших страниц все еще используют старый .php, пока они не будут перенесены на новый сайт.

Благодарим вас за терпение!

Сообщить о неработающей ссылке

Помогите нам исправить неработающую ссылку и получить необходимую информацию!

Электронная почта [email protected] edu и [email protected]

Пожалуйста, укажите :

  • URL-адрес (веб-адрес) отсутствующей веб-страницы.
  • Сообщение электронной почты, в котором была неработающая ссылка, и от кого она была отправлена ​​(если применимо).
  • URL-адрес (веб-адрес) страницы, на которую не работает ссылка из (если применимо).

Большое спасибо за ваше терпение и помощь.

Поделитесь своим отзывом

Если у вас есть минутка, мы будем рады узнать, что вы думаете о нашем сайте!

Электронная почта [email protected] и [email protected]

5.

1 Электрический заряд – University Physics Volume 2

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Описать концепцию электрического заряда
  • Качественно объясните силу, которую создает электрический заряд

Вы наверняка знакомы с электронными устройствами, которые активируются нажатием переключателя, от компьютеров до мобильных телефонов и телевизоров.И вы наверняка видели электричество во вспышке молнии во время сильной грозы. Но вы также, скорее всего, испытывали электрические эффекты другими способами, возможно, не осознавая, что была задействована электрическая сила. Давайте взглянем на некоторые из этих действий и посмотрим, что мы можем узнать из них об электрических зарядах и силах.

Открытия

Вероятно, вы сталкивались с явлением статического электричества. : Когда вы впервые достаете одежду из сушилки, многие (не все) вещи склонны слипаться; для некоторых тканей их может быть очень трудно разделить. Другой пример возникает, если вы быстро снимаете шерстяной свитер — вы можете почувствовать (и услышать), как статическое электричество притягивает вашу одежду и, возможно, даже ваши волосы. Если вы расчешите волосы в сухой день, а затем поднесете расческу к тонкой струе воды, выходящей из крана, вы обнаружите, что струя воды изгибается (притягивается) к расческе (рис. 5.2).

Рисунок 5.2  Электрически заряженный гребень притягивает струю воды на расстоянии. Обратите внимание, что вода не касается гребенки.(кредит: Джейн Уитни)

Предположим, вы подносите расческу к небольшим полоскам бумаги; полоски бумаги притягиваются к гребенке и даже цепляются за нее (рис. 5.3). На кухне быстро стяните рулон пищевой пленки; он имеет тенденцию прилипать к большинству любых неметаллических материалов (таких как пластик, стекло или продукты питания). Если потереть воздушный шар о стену в течение нескольких секунд, он прилипнет к стене. Вероятно, наиболее раздражающим эффектом статического электричества является удар током дверной ручки (или друга) после того, как вы шаркаете ногами по некоторым видам коврового покрытия.

Рисунок 5.3  После расчесывания волос эта расческа притягивает небольшие полоски бумаги на расстоянии без физического контакта. Исследование этого поведения помогло привести к концепции электрической силы. (кредит: Джейн Уитни)

Многие из этих явлений известны на протяжении столетий. Древнегреческий философ Фалес Милетский (624–546 гг. до н. э.) записал, что, когда янтарь (твердая полупрозрачная окаменевшая смола вымерших деревьев) энергично терся о кусок меха, создавалась сила, которая заставляла мех и янтарь соприкасаться. притягиваться друг к другу (рис. 5.4). Кроме того, он обнаружил, что натертый янтарь не только притягивает мех, а мех притягивает янтарь, но и то, и другое может воздействовать на другие (неметаллические) объекты, даже если они не соприкасаются с этими объектами (рис. 5.5).

Рисунок 5.4  Янтарь Борнео добывается в штате Сабах, Малайзия, из сланцево-песчано-аргиллитовых жил. Когда кусок янтаря трется о кусок меха, янтарь получает больше электронов, придавая ему суммарный отрицательный заряд. При этом мех, потеряв электроны, становится положительно заряженным.(кредит: «Себакоамбер»/Wikimedia Commons) Рисунок 5.5  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.

Английский физик Уильям Гилберт (1544–1603) также изучал эту силу притяжения, используя различные вещества. Он работал с янтарем, а кроме того, экспериментировал с горным хрусталем и различными драгоценными и полудрагоценными камнями. Он также экспериментировал с несколькими металлами. Он обнаружил, что металлы никогда не проявляли такой силы, в отличие от минералов.Более того, хотя наэлектризованный янтарный жезл притянет кусок меха, он оттолкнет другой наэлектризованный янтарный жезл; точно так же два наэлектризованных куска меха будут отталкивать друг друга.

Это предполагало наличие двух типов электрического свойства; это свойство со временем стало называться электрическим зарядом . Разница между двумя типами электрического заряда заключается в направлениях электрических сил, которые вызывает каждый тип заряда: эти силы являются отталкивающими, когда один и тот же тип заряда существует на двух взаимодействующих объектах, и притягивающими, когда заряды противоположного типа.Единицей электрического заряда в системе СИ является кулона (Кл) в честь французского физика Шарля-Огюстена де Кулона (1736–1806).

Наиболее своеобразный аспект этой новой силы заключается в том, что она не требует физического контакта между двумя объектами, чтобы вызвать ускорение. Это пример так называемой «дальнодействующей» силы. (Или, как позднее выразился Альберт Эйнштейн, «действие на расстоянии».) За исключением гравитации, все другие силы, которые мы обсуждали до сих пор, действуют только тогда, когда два взаимодействующих объекта действительно соприкасаются.

Американский физик и государственный деятель Бенджамин Франклин обнаружил, что может концентрировать заряд в «лейденской банке», которая по существу представляла собой стеклянную банку с двумя листами металлической фольги, один внутри и один снаружи, со стеклом между ними (рис. 5.6). Это создавало большую электрическую силу между двумя листами фольги.

Рисунок 5.6  Лейденская банка (ранняя версия того, что сейчас называется конденсатором) позволяла экспериментаторам хранить большое количество электрического заряда. Бенджамин Франклин использовал такую ​​банку, чтобы продемонстрировать, что молния ведет себя точно так же, как электричество, которое он получал от оборудования в своей лаборатории.

Франклин указал, что наблюдаемое поведение можно объяснить, если предположить, что один из двух типов заряда остается неподвижным, а другой тип заряда перетекает с одного куска фольги на другой. Далее он предложил называть избыток того, что он назвал «электрическим флюидом», «положительным электричеством», а его недостаток — «отрицательным электричеством». Его предложение, с некоторыми незначительными изменениями, является моделью, которую мы используем сегодня. (С теми экспериментами, которые он смог провести, это была чистая догадка; у него не было возможности определить знак движущегося заряда.К сожалению, он ошибся; теперь мы знаем, что движущиеся заряды — это те заряды, которые Франклин назвал отрицательными, а положительные заряды остаются в основном неподвижными. К счастью, как мы увидим, не имеет практического или теоретического значения, какой выбор мы делаем, пока мы остаемся последовательными в своем выборе.)

Давайте перечислим конкретные наблюдения, которые мы имеем об этой электрической силе :

  • Сила действует без физического контакта между двумя объектами.
  • Сила может быть как притягивающей, так и отталкивающей: если два взаимодействующих объекта имеют одинаковый знак заряда, сила отталкивающая; если заряды противоположного знака, сила притяжения.Эти взаимодействия называются электростатическим отталкиванием и электростатическим притяжением соответственно.
  • Не на все объекты действует эта сила.
  • Величина силы уменьшается (быстро) с увеличением расстояния между объектами.

Точнее, экспериментально мы находим, что величина силы уменьшается по мере увеличения квадрата расстояния между двумя взаимодействующими объектами. Так, например, когда расстояние между двумя взаимодействующими объектами удваивается, сила между ними уменьшается в четыре раза по сравнению с исходной системой.Мы также можем заметить, что окружение заряженных объектов влияет на величину силы. Однако мы рассмотрим этот вопрос в следующей главе.

Свойства электрического заряда

В дополнение к существованию двух типов заряда было обнаружено несколько других свойств заряда.

  • Заряд квантуется. Это означает, что электрический заряд поступает дискретно, и существует наименьшее возможное количество заряда, которое может иметь объект.{-19}\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\text{C}[/latex]. Никакая свободная частица не может иметь меньше заряда, чем это, и, следовательно, заряд любого объекта — заряд всех объектов — должен быть целым числом, кратным этой сумме. Все макроскопические заряженные объекты имеют заряд, потому что электроны либо присоединяются к ним, либо отнимаются от них, что приводит к суммарному заряду.
  • Величина заряда не зависит от типа. Другими словами, наименьший возможный положительный заряд (до четырех значащих цифр) равен [латекс]\текст{+}1.{-19}\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\text{C}[/latex]; эти значения точно равны. Просто так проявились законы физики в нашей Вселенной.
  • Заряд сохраняется. Заряд нельзя ни создать, ни уничтожить; его можно только переносить с места на место, с одного предмета на другой. Часто мы говорим об «отмене» двух сборов; это словесная стенограмма. Это означает, что если два объекта с одинаковыми и противоположными зарядами физически близки друг к другу, то (противонаправленные) силы, которые они прикладывают к какому-либо другому заряженному объекту, компенсируются, так что результирующая сила равна нулю.Однако важно, чтобы вы понимали, что заряды на объектах ни в коем случае не исчезают. Чистый заряд Вселенной постоянен.
  • Заряд сохраняется в закрытых системах. В принципе, если отрицательный заряд исчезнет с вашего лабораторного стола и снова появится на Луне, закон сохранения заряда сохранится. Однако этого никогда не происходит. Если общий заряд вашей локальной системы на лабораторном столе меняется, будет измеримый поток заряда в систему или из нее.Опять же, заряды могут перемещаться и действительно перемещаются, а их эффекты могут и отменяются, но чистый заряд в вашем локальном окружении (если он закрыт) сохраняется. Последние два элемента называются законом сохранения заряда .

Источник зарядов: структура атома

Как только стало ясно, что вся материя состоит из частиц, которые стали называть атомами, также быстро стало ясно, что в состав атома входят как положительно заряженные, так и отрицательно заряженные частицы.Следующий вопрос заключался в том, каковы физические свойства этих электрически заряженных частиц?

Отрицательно заряженная частица была открыта первой. В 1897 году английский физик Дж. Дж. Томсон изучал то, что тогда было известно как катодных лучей . За несколько лет до этого английский физик Уильям Крукс показал, что эти «лучи» заряжены отрицательно, но его эксперименты не могли сказать ничего большего. (Тот факт, что они несли отрицательный электрический заряд, убедительно доказывал, что это вовсе не лучи, а частицы.) Томсон подготовил чистый пучок этих частиц и отправил их через скрещенные электрические и магнитные поля, регулируя различные значения напряженности поля до тех пор, пока результирующее отклонение луча не стало равным нулю. С помощью этого эксперимента он смог определить отношение заряда к массе частицы. Это соотношение показало, что масса частицы была намного меньше, чем у любой другой ранее известной частицы — фактически в 1837 раз меньше. В конце концов эту частицу стали называть электроном .

Поскольку атом в целом электрически нейтрален, следующий вопрос заключался в том, чтобы определить, как положительные и отрицательные заряды распределяются внутри атома. Сам Томсон воображал, что его электроны заключены в нечто вроде положительно заряженной пасты, размазанной по всему объему атома. Однако в 1908 году новозеландский физик Эрнест Резерфорд показал, что положительные заряды атома существуют внутри крошечного ядра, называемого ядром, которое занимает лишь очень малую часть общего объема атома, но содержит более 99% заряда. массы.(См. Линейный импульс и столкновения.) Кроме того, он показал, что отрицательно заряженные электроны постоянно вращаются вокруг этого ядра, образуя своего рода электрически заряженное облако, окружающее ядро ​​(рис. 5.7). Резерфорд пришел к выводу, что ядро ​​состоит из маленьких массивных частиц, которые он назвал протон s .

Рисунок 5.7  Эта упрощенная модель атома водорода показывает положительно заряженное ядро ​​(состоящее, в случае водорода, из одного протона), окруженное электронным «облаком».Заряд электронного облака равен (и противоположен по знаку) заряду ядра, но электрон не имеет определенного положения в пространстве; следовательно, его представление здесь в виде облака. Нормальные макроскопические количества материи содержат огромное количество атомов и молекул и, следовательно, еще большее количество отдельных отрицательных и положительных зарядов.

Поскольку было известно, что разные атомы имеют разную массу и что обычно атомы электрически нейтральны, было естественно предположить, что разные атомы имеют разное число протонов в ядре с одинаковым числом отрицательно заряженных электронов, вращающихся вокруг положительно заряженных электронов. ядра, что делает атомы в целом электрически нейтральными.Однако вскоре было обнаружено, что хотя самый легкий атом, водород, действительно имеет один протон в качестве ядра, следующий по тяжести атом — гелий — имеет в два раза больше протонов (два), но в четыре раза больше массы водорода в раз. .

Эта загадка была разрешена в 1932 году английским физиком Джеймсом Чедвиком с открытием нейтрона . Нейтрон, по сути, является электрически нейтральным близнецом протона, без электрического заряда, но (почти) с такой же массой, что и протон.Таким образом, ядро ​​гелия имеет два нейтрона вместе с двумя протонами. (Более поздние эксперименты должны были показать, что хотя нейтрон в целом электрически нейтрален, он имеет внутренний заряд структуры . Кроме того, хотя массы нейтрона и протона почти равны , они не совсем равны: масса нейтрона очень немного больше, чем масса протона.Этот небольшой избыток массы оказался очень важным.Это, однако, история, которую придется подождать до нашего изучения современной физики в ядерной физике. )

Таким образом, в 1932 г. атом представлял собой маленькое массивное ядро, состоящее из комбинации протонов и нейтронов, окруженное скоплением электронов, совместное движение которых формировало своего рода отрицательно заряженное «облако» вокруг ядра (рис. 5.8). В электрически нейтральном атоме общий отрицательный заряд совокупности электронов равен общему положительному заряду ядра. Электроны с очень малой массой могут быть более или менее легко удалены или добавлены к атому, изменяя суммарный заряд атома (хотя и не меняя его типа).Атом с измененным таким образом зарядом называется ионом . У положительных ионов были удалены электроны, тогда как у отрицательных ионов были добавлены лишние электроны. Мы также используем этот термин для описания молекул, которые не являются электрически нейтральными.

Рисунок 5.8  Ядро атома углерода состоит из шести протонов и шести нейтронов. Как и в водороде, окружающие шесть электронов не имеют определенного местоположения, и поэтому их можно рассматривать как своего рода облако, окружающее ядро.

Однако история атома на этом не заканчивается. Во второй половине двадцатого века в ядре атома было обнаружено гораздо больше субатомных частиц: среди прочих пионов, нейтрино и кварков. За исключением фотона, ни одна из этих частиц не имеет прямого отношения к изучению электромагнетизма, поэтому мы отложим их дальнейшее обсуждение до главы о физике элементарных частиц (Физика элементарных частиц и космология).

Примечание по терминологии

Как отмечалось ранее, электрический заряд — это свойство, которым может обладать объект.Это похоже на то, как объект может иметь свойство, которое мы называем массой, свойство, которое мы называем плотностью, свойство, которое мы называем температурой, и так далее. Технически мы всегда должны говорить что-то вроде: «Предположим, у нас есть частица, несущая заряд [латекс]3\фантом{\правило{0.2em}{0ex}}\мю\текст{С}.[/латекс]». Однако вместо этого очень часто говорят: «Предположим, у нас есть заряд [латекс]3\текст{-}\му \текст{С}[/латекс]». Точно так же мы часто говорим что-то вроде: «Шесть зарядов расположены в вершинах правильного шестиугольника.«Заряд — это не частица; скорее, это свойство частицы. Тем не менее, эта терминология чрезвычайно распространена (и часто используется в этой книге, как и везде). Итак, держите в уме, что мы на самом деле имеем в виду, когда говорим о «заряде».

Резюме

  • Есть только два типа заряда, которые мы называем положительными и отрицательными. Одноименные заряды отталкиваются, разноименные притягиваются, и 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.
  • Ион — это атом или молекула, которые имеют ненулевой общий заряд из-за неравного числа электронов и протонов.
  • Единицей заряда в СИ является кулон (Кл), при этом протоны и электроны имеют заряды противоположного знака, но одинаковой величины; величина этого основного заряда равна [латекс]э\экв 1.{-19}\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\text{C}[/latex]
  • В нейтральных объектах существуют как положительные, так и отрицательные заряды, и их можно разделить, приведя два объекта в физический контакт; трение объектов друг о друга может удалить электроны из связей в одном объекте и разместить их на другом объекте, увеличивая разделение зарядов.
  • Для макроскопических объектов отрицательно заряженный означает избыток электронов, а положительно заряженный означает истощение электронов.
  • Закон сохранения заряда гласит, что чистый заряд замкнутой системы постоянен.

Концептуальные вопросы

В большинстве объектов содержится очень большое количество заряженных частиц. Почему же тогда большинство объектов не обладают статическим электричеством?

Показать решение

В основном присутствует одинаковое количество положительных и отрицательных зарядов, что делает объект электрически нейтральным.

Почему большинство объектов, как правило, содержат примерно одинаковое количество положительных и отрицательных зарядов?

Положительно заряженный стержень притягивает небольшой кусочек пробки.а) Можем ли мы заключить, что пробка заряжена отрицательно? б) Стержень отталкивает еще один маленький кусочек пробки. Можем ли мы заключить, что этот кусок заряжен положительно?

Показать решение

Два тела электрически притягиваются друг к другу. Они оба должны быть обвинены? Ответьте на тот же вопрос, если тела отталкиваются друг от друга.

Как бы вы определили, является ли заряд на конкретном стержне положительным или отрицательным?

Показать решение

Возьмите предмет с известным зарядом, положительным или отрицательным, и поднесите его к стержню.Если известный заряженный объект положителен и отталкивается от стержня, стержень заряжается положительно. Если положительно заряженный объект притягивается к стержню, стержень заряжается отрицательно.

Проблемы

Обычное статическое электричество связано с зарядами от нанокулонов до микрокулонов. а) Сколько электронов необходимо для образования заряда -2,00 нКл? (b) Сколько электронов необходимо удалить из нейтрального объекта, чтобы остался суммарный заряд [латекс] 0,500\phantom{\rule{0.{-9}\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\text{C}[/latex]. а) Сколько электронов удаляется из монеты? б) Если у атома отнято не более одного электрона, какой процент атомов ионизируется в результате этого процесса зарядки?

Глоссарий

кулон
Единица электрического заряда в СИ
электрический заряд
физическое свойство объекта, которое заставляет его притягиваться к другому заряженному объекту или отталкиваться от него; каждый заряженный объект генерирует и подвергается воздействию силы, называемой электрической силой
.
электрическая сила
бесконтактная сила, наблюдаемая между электрически заряженными объектами
электрон
частица, окружающая ядро ​​атома и несущая наименьшую единицу отрицательного заряда
электростатическое притяжение
явление притяжения двух тел с противоположными зарядами
электростатическое отталкивание
явление отталкивания двух тел с одинаковыми зарядами
ион
атом или молекула с большим или меньшим количеством электронов, чем у протонов
закон сохранения заряда
чистый электрический заряд замкнутой системы постоянен
нейтрон
нейтральная частица в ядре атома с массой (почти) такой же, как у протона
протон
частица в ядре атома, несущая положительный заряд, равный по величине количеству отрицательного заряда, переносимого электроном
статическое электричество
накопление электрического заряда на поверхности объекта; расположение заряда остается постоянным («статическим»)
Лицензии и атрибуты

Электрический заряд. Автор: : Колледж OpenStax. Расположен по адресу : https://openstax.org/books/university-physics-volume-2/pages/5-1-electric-charge. Лицензия : CC BY: Attribution . Условия лицензии : Загрузите бесплатно по адресу https://openstax.org/books/university-physics-volume-2/pages/1-introduction

.

Виды электрического заряда и их свойства

Электрический заряд Определение

Электрический заряд определяется как: «Электрическое свойство материи, которое существует из-за доступа или недостатка электронов.«Есть два типа электрических зарядов: положительные заряды и отрицательные заряды. Одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются. СИ Единицей электрического заряда является кулон.

Формула электрического заряда

Его формула выглядит следующим образом:
Q =I × t
Где Q – общий заряд, I – величина тока, а t – время.

Примеры электрического заряда

Если вы идете по ковру в сухую погоду, вы можете вызвать искру, коснувшись металлической дверной ручки. В более широком масштабе молния знакома каждому. Такие явления предполагают огромное количество электрического заряда, хранящегося в знакомых нам объектах, которые нас окружают.

Электрическая нейтральность большинства объектов в нашем видимом и осязаемом мире скрывает содержание огромного количества положительного и отрицательного электрического заряда, которые в значительной степени компенсируют друг друга в своих внешних воздействиях. Только когда этот электрический баланс нарушается, природа открывает нам эффекты некомпенсированного положительного или отрицательного заряда.Когда мы говорим, что тело «заряжено», мы имеем в виду, что оно имеет дисбаланс заряда, даже несмотря на то, что суммарный заряд обычно представляет собой лишь малую часть общего положительного или отрицательного заряда, содержащегося в теле.

Заряженные тела действуют друг на друга. Чтобы показать это, давайте зарядим стеклянную палочку, натирая ее шелком. В процессе трения небольшое количество заряда передается от одного тела к другому, тем самым слегка нарушая электрическую нейтральность каждого из них.

См. также: Закон Кулона

Как производятся заряды?

Если провести пластиковой расческой по волосам, а затем поднести ее к маленьким кусочкам бумаги, расческа их притянет.Точно так же янтарь при трении о шелк притягивает мелкие кусочки бумаги. Это свойство притяжения или отталкивания между веществами обусловлено электрическими зарядами, которые они приобретают при трении.

гребенчатая резинка

Мы можем получить электрический заряд, потирая нейтральное тело о другое нейтральное тело. Следующие упражнения показывают, что в процессе трения мы можем производить два типа электрических зарядов.

Возьмите пластиковый стержень. Натрите его мехом и подвесьте горизонтально шелковой нитью, как показано на рисунке выше.Теперь возьмите другой пластиковый стержень, натрите его мехом и поднесите к подвесному стержню. Мы увидим, что оба стержня будут отталкиваться друг от друга. Значит, при трении оба стержня были заряжены.

Теперь возьмите стеклянную палочку, натрите ее шелком и подвесьте горизонтально. Когда мы подносим пластиковый стержень, натертый мехом, близко к подвешенному стеклянному стержню, мы наблюдаем, что оба стержня соединяются друг с другом.

Стержни непохожи, и их притяжение означает, что заряды на двух стержнях не одного и того же типа, а противоположной природы.

Эти противоположные заряды условно называют положительным зарядом и отрицательным зарядом. В процессе трения отрицательный заряд передается от одного предмета к другому.

Свойства электрического заряда

  • Заряд – это основное свойство материального тела, благодаря которому он притягивает или отталкивает другой объект.
  • Трение производит два разных типа зарядов на разных материалах (таких как стекло или пластик).
  • Одинаковые заряды всегда отталкиваются друг от друга.
  • В отличие от зарядов всегда притягиваются друг к другу.
  • Отталкивание — верная проверка заряда тела.

Какие два типа электрического заряда существуют?

В основном существует два вида заряда, которые приведены ниже:

Положительный заряд

«Когда материал теряет электроны, количество протонов в материале увеличивается, возникает чистый положительный электрический заряд».
Положительные и отрицательные обозначения электрических зарядов принадлежат Бенджамину Франклину (1706-1790), который, помимо многих других достижений, был ученым с мировым именем.Говорили даже, что триумфы Франклина в дипломатии во Франции во время американской войны за независимость, возможно, стали возможными благодаря тому, что он пользовался таким большим уважением как ученый.
Электрические силы между заряженными телами имеют множество промышленных применений, среди которых электростатическое распыление краски и порошковое покрытие, осаждение летучей золы, безударная струйная печать и фотокопирование. Например, показан крошечный несущий шарик в фотокопировальной машине, покрытый частицами черного порошка, называемого тонером, которые прилипают к несущему шарику под действием электростатических сил.
Эти отрицательно заряженные частицы тонера в конечном итоге притягиваются от своих шариков-носителей к положительно заряженному скрытому изображению копируемого документа, которое формируется на фрезерном барабане. Затем заряженный лист бумаги притягивает к себе частицы тонера из барабана, после чего они сплавляются на месте, образуя окончательную копию.

Отрицательный заряд

«Когда материал получает электроны, количество электронов в материале увеличивается, возникает чистый отрицательный электрический заряд.”
Электрон имеет отрицательный заряд, а протон – положительный. в материальном числе протонов электроны равны по количеству. Электрический заряд — это фундаментальная характеристика электронов и протонов, обозначаемый Q.
Статическое электричество — это наличие в материале суммарных положительных и отрицательных зарядов. Каждый человек время от времени сталкивался с воздействием статического электричества, например, при попытке коснуться металлической поверхности или другого человека, или когда одежда в сушилке слиплась.

Одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются, Между зарядами действует сила, о чем свидетельствует притяжение или отталкивание. Эта сила, называемая электрическим полем, состоит из невидимых силовых линий.

Электрический заряд (видео)

Как электроскопы обнаруживают заряд?

Электроскоп с сусальным золотом — чувствительный прибор для обнаружения зарядов. Он состоит из латунного стержня с латунным диском наверху и двух тонких лепестков золотой фольги, висящих внизу на рис.Стержень проходит через изолятор, который удерживает стержень на месте. Заряды могут свободно перемещаться с диска на листья через стержень. Тонкая алюминиевая фольга прикреплена к нижней части внутренней части банки. Обычно алюминиевую фольгу заземляют, соединяя медный провод. Это защищает листья от внешних электрических помех.

Незаряженный электроскоп

Обнаружение наличия заряда:
Чтобы обнаружить наличие заряда у кого-либо, поднесите тело к диску незаряженного электроскопа. Если корпус нейтральный, створок не будет прогибаться вверх Рис:

Но если тело заряжено положительно или отрицательно, листочки электроскопа расходятся. Например, если тело заряжено отрицательно, то из-за электростатической индукции на диске появится положительный заряд, а на оставленном выше рис.

появится отрицательный заряд.

Листья электроскопа отталкиваются и расходятся, потому что каждый лист получает одинаковый заряд.Расхождение листьев будет зависеть от величины заряда.
Зарядка электроскопа с помощью электростатической индукции:
Электроскоп можно заряжать с помощью электростатической индукции. Чтобы произвести положительный заряд на электроскопе, поднесите отрицательно заряженное тело к диску электроскопа на рис.

выше. заряженный электроскоп

Положительный заряд появится на диске электроскопа, а отрицательный переместится на листья.Теперь подключите диск электроскопа к заземленной алюминиевой фольге с помощью проводника на рис.

выше. заряженный электроскоп

Заряд листьев потечет на Землю по проводу. Теперь, если мы сначала разорвем соединение с землей, а затем удалим стержень, электроскоп останется с положительным зарядом вверху Рис:

Точно так же электроскоп можно зарядить отрицательно с помощью положительно заряженного стержня.
Электроскоп также может быть изменен в процессе проведения.Коснитесь отрицательно заряженного стержня диском нейтрального электроскопа. Отрицательный заряд от стержня перейдет на электроскоп и заставит его листы расходиться.
Определение типа заряда:
Для определения типа заряда на теле электроскоп сначала заряжается положительно. Предположим, что электроскоп положительно заряжен, как объяснялось ранее и показано на рисунке выше. Рис.

Теперь, чтобы определить тип заряда тела, поднесите заряженное тело к диску положительно заряженного электроскопа.Если расхождение листьев увеличивается, тело несет положительные заряды, как показано на рис.

С другой стороны, если расхождение уменьшается, тело несет отрицательный заряд, как показано на рис.

.

Идентификация проводников и изоляторов:

Электроскоп также можно использовать для различения изоляторов и проводников. Прикоснитесь диском заряженного электроскопа к испытуемому материалу. Если листья рухнут из своего расставленного положения, тело будет хорошим проводником.Если не изменится расходимость лепестков, это будет свидетельствовать о том, что испытуемое тело находится в изоляторе.

Какова единица электрического заряда?

Электрический заряд (Q) измеряется в кулонах, что обозначается C.

Подробнее о начислениях смотрите в видео:

Заряд сохраняется:

  • В изолированной системе заряд не может быть ни создан, ни уничтожен.
  • Общий заряд во Вселенной постоянен.
  • Заряд может создаваться или уничтожаться, но в равных и противоположных парах, например, γ-луч может расщепляться на электрон и позитрон, т.е.

Если    Eγ (≥ 1,02 МэВ)

γ→ е- + е +

Этот процесс называется «рождением пар». Электрон и позитрон могут объединяться, чтобы снова сформировать γ-луч. Такой процесс называется аннигиляцией пар.

e- + e + → γ(Eγ =1,02 МэВ)

Квантуется заряд:
Заряд на теле может быть целым кратным электронного заряда.т. е. Q=± n e. Если тело приобретает электроны, говорят, что оно заряжено отрицательно, а если теряет электроны, говорят, что оно заряжено положительно. Хотя существуют частицы, называемые «кварками», которые могут иметь заряды e/3 или 2e/3. Поскольку они образуются при распаде ядра (нейтрон, протон и т. д.), они не могут быть переданы. Заряд электрона равен 1,6× 10 -19 Кл.
Похожие темы:

Предлагаемые ссылки по физике:
Давайте углубимся:

Рекомендуемые реферальные ссылки:
https://en.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.