Što je naboj u fizici. Električni naboj i njegova svojstva. Električno polje i njegove karakteristike. Coulombov zakon. Električno polje točkastog naboja. Princip superpozicije
Električno punjenje- Ovo fizička količina, karakterizira svojstvo čestica ili tijela da stupaju u međudjelovanje elektromagnetskih sila. El z. obično se označavaju slovima q ili Q. Ukupnost svih poznatih eksperimentalnih činjenica omogućuje nam da izvučemo sljedeće zaključke:
Postoje dvije vrste električnih naboja, konvencionalno nazvani pozitivni i negativni.
Naboji se mogu prenositi (npr. izravnim kontaktom) s jednog tijela na drugo. Za razliku od mase tijela, električni naboj nije sastavna karakteristika određenog tijela. Isto tijelo različitim uvjetima može imati drugačiji naboj.
Kao naboji odbijaju, za razliku od naboja privlače. Ovo također otkriva temeljnu razliku između elektromagnetskih i gravitacijskih sila. Gravitacijske sile su uvijek privlačne sile.
Jedan od temeljnih zakona prirode je eksperimentalno utvrđen zakon održanja električnog naboja .
U izoliranom sustavu algebarski zbroj naboja svih tijela ostaje konstantan:
|
Zakon održanja električnog naboja kaže da u zatvoreni sustav U tijelima se ne mogu promatrati procesi stvaranja ili nestanka naboja samo jednog predznaka.
Sa suvremenog gledišta, nositelji naboja su elementarne čestice. Sva obična tijela sastavljena su od atoma, koji uključuju pozitivno nabijene protone, negativno nabijene elektrone i neutralne čestice - neutrone. Protoni i neutroni dio su atomskih jezgri, nastaju elektroni elektronska ljuska atomi. Električni naboji protona i elektrona potpuno su jednaki po veličini i jednaki elementarnom naboju e.
U neutralnom atomu broj protona u jezgri jednak je broju elektrona u ljusci. Ovaj broj se zove atomski broj . Atom određene tvari može izgubiti jedan ili više elektrona ili dobiti dodatni elektron. U tim se slučajevima neutralni atom pretvara u pozitivno ili negativno nabijen ion.
Naboj se može prenositi s jednog tijela na drugo samo u dijelovima koji sadrže cijeli broj elementarnih naboja. Dakle, električni naboj tijela je diskretna količina:
Nazivaju se fizičke veličine koje mogu poprimiti samo diskretne nizove vrijednosti kvantiziran . Elementarni naboj e je kvant (najmanji dio) električnog naboja. Valja napomenuti da se u suvremenoj fizici elementarnih čestica pretpostavlja postojanje takozvanih kvarkova - čestica s frakcijskim nabojem i Međutim, kvarkovi još nisu uočeni u slobodnom stanju.
U uobičajenim laboratorijskim pokusima, a elektrometar - naprava koja se sastoji od metalne šipke i kazaljke koja se može okretati oko horizontalne osi.
Elektrometar je prilično grub instrument; ne dopušta proučavanje sila međudjelovanja između naboja. Zakon međudjelovanja stacionarnih naboja prvi je otkrio francuski fizičar C. Coulomb 1785. godine. Coulomb je u svojim pokusima mjerio sile privlačenja i odbijanja nabijenih kuglica pomoću naprave koju je sam konstruirao - torzijske vage (sl. 1.1.2). ), koji se odlikovao izuzetno visokom osjetljivošću. Na primjer, vaga se zarotirala za 1° pod utjecajem sile reda veličine 10 –9 N.
Ideja o mjerenjima temeljila se na Coulombovoj briljantnoj pretpostavci da ako se nabijena kuglica dovede u kontakt s potpuno istom nenabijenom, tada će se naboj prve ravnomjerno podijeliti između njih. Tako je naznačen način da se naboj lopte promijeni dva, tri itd. puta. U Coulombovim pokusima mjerena je interakcija između kuglica čije su dimenzije bile mnogo manje od udaljenosti između njih. Takva se nabijena tijela obično nazivaju točkasti naboji.
Točkasti naboj je nabijeno tijelo čije se dimenzije u uvjetima ovog zadatka mogu zanemariti.
Tu su i: linearni naboj t(tau)=dq/dl, l-duljina, dq-naboj niti
Površinski naboj: σ =dq/ds s-površina (ćelija/m 2)
Volumen naboj p(ro)=dq/dv (ćelija/m3)
Sile međudjelovanja pokoravaju se trećem Newtonovom zakonu: one su odbojne sile identične znakove naboji i privlačne sile na različite znakove(slika 1.1.3). Međudjelovanje stacionarnih električnih naboja naziva se elektrostatski ili Coulomb interakcija. Grana elektrodinamike koja proučava Coulombovu interakciju naziva se elektrostatika .
Za točkasta nabijena tijela vrijedi Coulombov zakon. U praksi, Coulombov zakon je dobro zadovoljen ako su veličine nabijenih tijela mnogo manje od udaljenosti između njih.
Faktor proporcionalnosti k u Coulombovom zakonu ovisi o izboru sustava jedinica. U međunarodnom SI sustavu jedinica naboja je privjesak(Cl).
Privjesak je naboj koji prolazi kroz poprečni presjek vodiča u 1 s pri struji od 1 A. Jedinica struje (amper) u SI je, zajedno s jedinicama za duljinu, vrijeme i masu osnovna mjerna jedinica.
Koeficijent k u SI sustavu obično se piše kao:
Iskustvo pokazuje da se sile Coulombove interakcije pokoravaju principu superpozicije.
Ako nabijeno tijelo djeluje istovremeno s nekoliko nabijenih tijela, tada rezultirajuća sila koja djeluje na dato tijelo, jednak je vektorskom zbroju sila koje na ovo tijelo djeluju od strane svih ostalih naelektriziranih tijela.
Načelo superpozicije temeljni je zakon prirode. Međutim, njegova uporaba zahtijeva određeni oprez kada je riječ o međudjelovanju nabijenih tijela konačnih veličina (primjerice, dvije vodljive nabijene kuglice 1 i 2). Ako se treća nabijena kuglica dovede u sustav dviju nabijenih kuglica, tada će se interakcija između 1 i 2 promijeniti zbog preraspodjela naboja.
Načelo superpozicije kaže da kada dana (fiksna) distribucija naboja na svim tijelima, sile elektrostatske interakcije između bilo koja dva tijela ne ovise o prisutnosti drugih nabijenih tijela.
Svojstva:
Veličina električnog naboja q uvijek je višekratnik neke minimalne vrijednosti e=|e|: q=n|e|, n=±1,±2..,gdje je|e|=1,6·10-19[C ].
Jednakost pozitivnih i negativnih elementarnih naboja.
Elektrostatika.
Elektrostatika - ovo je nauk o svojstvima i međudjelovanju električnih naboja koji miruju u odnosu na izabrani inercijski sustav odbrojavanje.
Zakon održanja električnog naboja. Vodiči, dielektrici, poluvodiči.
Postoje dvije vrste naboja: pozitivni i negativni. Eksperimentalno je utvrđeno da je elementarni naboj diskretan, odnosno da je naboj svakog tijela cjelobrojni višekratnik određenog električnog naboja. Elektron i proton su nositelji elementarnih negativnih i pozitivnih naboja. Iz generaliziranih eksperimentalnih podataka ustanovljen je temeljni zakon prirode koji je prvi formulirao engleski fizičar Faraday.
Zakon održanja električnog naboja : algebarski zbroj električnih naboja bilo kojeg zatvorenog sustava ostaje nepromijenjen, bez obzira koji se procesi odvijaju unutar tog sustava.
Sustav se zove zatvoreno , ako ne izmjenjuje električne naboje s vanjskim tijelima.
Električni naboj je relativistička, nepromjenjiva veličina, odnosno ne ovisi o odabranom referentnom sustavu. To znači da ne ovisi o tome kreće li se taj naboj ili miruje.
Prisutnost nositelja naboja (elektrona i iona) uvjet je vodljivosti tijela struja. Ovisno o sposobnosti provođenja električne struje, tijela se dijele na:
Dirigenti
Dielektrici
Poluvodiči.
Dirigenti– tijela u kojima se električni naboj može kretati po cijelom volumenu. Provodnici se dijele u dvije skupine:
1) vodiči prve vrste(metali) – prijenos električnih naboja (slobodnih elektrona) u njih nije popraćen kemijskim transformacijama;
2) vodiči druga vrsta(taline soli, otopine soli i kiselina i dr.) - prijenos naboja (pozitivno i negativno nabijenih iona) u njih dovodi do kemijskih promjena.
Dielektrici(staklo, plastika) – tijela koja ne provode električnu struju osim ako na ta tijela ne djeluje jako vanjsko električno polje; praktički nemaju besplatnih naknada.
Poluvodiči(germanij, silicij) - zauzimaju srednji položaj između vodiča i dielektrika. Njihova vodljivost jako ovisi o vanjski uvjeti(temperatura, ionizirajuće zračenje itd.).
Jedinica za električni naboj - Coulomb (C) - električni naboj koji prolazi poprečnim presjekom vodiča pri struji od 1 ampera u 1 sekundi.
Električni naboj i njegova svojstva. Električno polje i njegove karakteristike. Coulombov zakon. Električno polje točkastog naboja. Princip superpozicije.
Električno punjenje je veličina koja karakterizira međudjelovanje između čestica i tijela putem električnih i magnetskih polja (elektromagnetsko međudjelovanje).
Značajka elektromagnetskih međudjelovanja je da su intenzivniji od gravitacijskih. Zauzimaju drugo mjesto (poslije nuklearnih sila) po međudjelovanju.
1 – nuklearne interakcije 1
2 – elektromagnetske interakcije 0.1
3 – slabe nuklearne interakcije
4 – gravitacijske interakcije
Električni naboj sastavno je svojstvo elementarnih čestica. Sve elementarne čestice su nositelji pozitivnog ili negativnog električnog naboja. Cl. Naboj bilo kojeg tijela određen je zbrojem električnih naboja uključenih u njega.
Pojava naboja na tijelima nastaje kao posljedica međudjelovanja tijela međusobno ili s okolinom (prijenos električnih naboja s naelektriziranih tijela - elektrifikacija; prijenos električnih naboja između raznorodnih tijela, dok su nabijena pozitivno ili negativno; prijenos električnih naboja na daljinu – električna indukcija).
U zatvorenom sustavu, ukupni naboj se ne mijenja tijekom bilo kojeg kemijskog ili fizikalnog procesa.
Električni naboj je nepromjenjiva fizikalna karakteristika (ne ovisi o izboru referentnog sustava).
Međudjelovanje električnih naboja odvija se putem elektromagnetskih polja. Pokretni električni naboji stvaraju električne i magnetska polja, što dovodi do pojave električnih i magnetskih sila i međudjelovanja (Coulombove sile i Lorentzove sile). Najjednostavnija interakcija se provodi za one koji su nepomični jedni u odnosu na druge - statična interakcija.
Polja koja stvaraju naboje su elektrostatička. Karakteristike elektrostatičkih polja su intenzitet i potencijal.
Napetost elektrostatsko polje - vrijednost jednaka omjeru sile koja djeluje na ispitni naboj postavljen na drugu točku polja i veličine tog naboja.
Gdje je probna naknada.
Potencijal je veličina jednaka omjeru potencijalne energije probnog naboja postavljenog na danu točku u polju i vrijednosti tog naboja.
Na temu Električna statistika
Izradivši Elaborat
Groupy TM-11
Krivo sam protumačio; Danku Gabriela S
1. Vodiči su tijela kroz koja električni naboji mogu prelaziti s nabijenog tijela na nenabijeno. Sposobnost vodiča da prolaze električne naboje kroz sebe objašnjava se prisutnošću slobodnih nositelja naboja u njima. Primjeri vodiča uključuju metalna tijela u čvrstom i tekuće stanje, otopine tekućih elektrolita.
Dielektrici su tvari koje ne sadrže slobodne nabijene čestice, tj. takve nabijene čestice koje se mogu slobodno kretati cijelim volumenom tijela. Stoga dielektrici ne mogu provoditi električnu struju.
Električno polje nabijene kuglice.
Postoji nabijena vodljiva kuglica radijusa R - naboj je jednoliko raspoređen samo po površini kuglice.
Električna napetost polja izvan:
Napetost unutar lopte: E = 0
Elektrometar je uređaj za mjerenje razlike potencijala između dva vodiča. Spajanjem nabijenog tijela s elektrometrom možete izmjeriti potencijal tijela – to je razlika potencijala između nabijenog tijela i Zemlje.
Dielektrici se inače nazivaju izolatori, navedi primjere čvrstih tvari koje su dielektrici (izolatori).Dielektrici su mnoge čvrste tvari (porculan, jantar, ebonit, staklo, kvarc, mramor itd.), neke tekućine (npr. destilirana voda) i svi plinovi. . Po unutarnja struktura dielektrike dijelimo na polarne i nepolarne. U polarnim dielektricima molekule su dipoli u kojima se središta raspodjele pozitivnih i negativnih naboja ne podudaraju. Takvi dielektrici uključuju alkohol, vodu, amonijak itd.
Nepolarni dielektrici sastoje se od atoma ili molekula u kojima se središta raspodjele pozitivnih i negativnih naboja podudaraju. Takve tvari uključuju inertne plinove, vodik, kisik, polietilen.
Ako se dielektrik stavi u vanjsko električno polje, dolazi do polarizacije dielektrika. U tom su procesu molekule dielektrika usmjerene duž vanjske strane električno polje. Na suprotnim površinama dipola pojavljuju se vezani naboji. To dovodi do činjenice da dielektrici imaju vlastito električno polje usmjereno protiv vanjskog, a ukupno će polje unutar dielektrika biti manje od vanjskog.
2. Svjetlo je elektromagnetski val, širi se brzinom od 3*10 8 m/s.
Interferencija u tankim filmovima. “Mjehurić od sapunice koji lebdi u zraku... svijetli svim nijansama boja koje su svojstvene okolnim predmetima. Mjehur od sapunice je možda najljepše čudo prirode.” To je interferencija svjetlosti koja čini mjehur od sapunice tako divljenja vrijedno.
Engleski znanstvenik Thomas Young prvi je došao na briljantnu ideju o mogućnosti objašnjenja boja tankih filmova zbrajanjem valova 1 i 2, od kojih se jedan (1) reflektira od vanjska površina filmova, a drugi (2) - iz unutarnjeg. U tom slučaju dolazi do interferencije svjetlosnih valova - zbrajanja dvaju valova, uslijed čega se uočava vremenski stabilan obrazac pojačanja ili slabljenja rezultirajućih svjetlosnih vibracija na različitim točkama u prostoru. Rezultat interferencije (pojačanje ili slabljenje nastalih vibracija) ovisi o kutu upada svjetlosti na film, njegovoj debljini i valnoj duljini. Do pojačanja svjetlosti dolazi ako lomljeni val 2 zaostaje za reflektiranim valom 1 za cijeli broj valnih duljina. Ako drugi val zaostaje za prvim za pola valne duljine ili neparan broj poluvalova, tada će svjetlost oslabiti.
Koherentnost valova reflektiranih od vanjskih i unutarnje površine filmova osigurava činjenica da su oni dijelovi iste svjetlosne zrake. Vlak valova iz svakog emitirajućeg atoma filmom je podijeljen na dva dijela, a zatim se ti dijelovi spajaju i interferiraju.
Jung je također shvatio da su razlike u boji posljedica razlika u valnoj duljini (ili frekvenciji svjetlosnih valova). Svjetlosne zrake različite boje odgovaraju valovima različitih duljina. Za međusobno pojačanje valova koji se međusobno razlikuju po duljini (upadni kutovi se pretpostavljaju jednaki) potrebne su različite debljine filma. Stoga, ako film ima nejednaku debljinu, tada bi se pri osvjetljavanju bijelim svjetlom trebale pojaviti različite boje.